WO2019187753A1 - 光学デバイス - Google Patents

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WO2019187753A1
WO2019187753A1 PCT/JP2019/005588 JP2019005588W WO2019187753A1 WO 2019187753 A1 WO2019187753 A1 WO 2019187753A1 JP 2019005588 W JP2019005588 W JP 2019005588W WO 2019187753 A1 WO2019187753 A1 WO 2019187753A1
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WO
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refractive index
electrode
substrate
optical device
concavo
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Application number
PCT/JP2019/005588
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English (en)
French (fr)
Inventor
太田　益幸
伊藤　宜弘
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/165—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field
    • G02F1/166—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect
    • G02F1/167—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on translational movement of particles in a fluid under the influence of an applied field characterised by the electro-optical or magneto-optical effect by electrophoresis
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/19—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on variable-reflection or variable-refraction elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169

Definitions

  • the present invention relates to an optical device, and more particularly to an optical device capable of distributing incident light.
  • a light distribution device capable of distributing incident light has been proposed as an optical device.
  • Such an optical device is used for a window of a building or a car.
  • the traveling direction of external light such as sunlight incident from the outside can be changed and the external light can be introduced toward the indoor ceiling (for example, Patent Documents) 1, 2).
  • Patent Document 3 discloses a liquid crystal optical element including a pair of transparent substrates, a pair of transparent electrodes disposed inside the pair of transparent substrates, and a liquid crystal layer disposed between the pair of transparent electrodes. Has been.
  • the traveling direction of light incident on the light distribution device is changed by changing the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer according to the voltage applied to the pair of transparent electrodes.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an optical device having excellent light distribution performance.
  • one aspect of the first optical device includes a first substrate having optical transparency and a second optical transparency arranged to face the first substrate.
  • a first electrode disposed on the second substrate side of the first substrate, a first uneven structure disposed on the second substrate side of the first electrode, and the first of the second substrate
  • a second electrode disposed on the substrate side, a second uneven structure disposed on the first substrate side of the second electrode, and disposed between the first uneven structure and the second uneven structure
  • a refractive index variable layer whose refractive index changes according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode, wherein the refractive index variable layer is dispersed in the insulating liquid and the insulating liquid
  • the charged particles have a refractive index higher than that of the insulating liquid.
  • one aspect of the second optical device is an optical device that controls incident light, and includes a first substrate having optical transparency and light disposed to face the first substrate.
  • a nanoparticle dispersion layer disposed between and having an insulating liquid and charged nanoparticles dispersed in the insulating liquid, wherein the optical device is applied between the first electrode and the second electrode
  • the traveling direction of light incident on the optical device is controlled in accordance with the applied voltage.
  • a first substrate having optical transparency, a second substrate having optical transparency arranged to face the first substrate, and the first optical device are provided.
  • the first electrode disposed on the second substrate side of the substrate, the first uneven structure disposed on the second substrate side of the first electrode, and the first substrate side of the second substrate
  • a nanoparticle dispersion layer having charged nanoparticles dispersed in a liquid, and according to a voltage applied between the first electrode and the second electrode, the nanoparticles in the nanoparticle dispersion layer The particle distribution changes.
  • an optical device having excellent light distribution performance can be realized.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining a first optical action of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining a second optical action of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 3C is a diagram for explaining a third optical action of the optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining the first optical action of the optical device according to the second embodiment.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a second optical action of the optical device according to the second embodiment.
  • FIG. 4C is a diagram for explaining a third optical action of the optical device according to the second embodiment.
  • the X axis, the Y axis, and the Z axis represent the three axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system.
  • This direction (the direction parallel to the XY plane) is the horizontal direction.
  • the X axis and the Y axis are orthogonal to each other and both are orthogonal to the Z axis.
  • the plus direction in the Z-axis direction is defined as a vertically downward direction.
  • the “thickness direction” means the thickness direction of the optical device, and is a direction perpendicular to the main surfaces of the first substrate 10 and the second substrate 20 (in this embodiment, the Y-axis direction). That is.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical device 1 according to the first embodiment.
  • 2 is an enlarged cross-sectional view of the optical device 1, and shows an enlarged view of a region II surrounded by a broken line in FIG.
  • the optical device 1 is a light control device that controls light incident on the optical device 1. Specifically, the optical device 1 controls the traveling direction of light incident on the optical device 1.
  • the optical device 1 is a light distribution device that can change the traveling direction of incident light (for example, distribute light) and emit the light.
  • the optical device 1 includes a first substrate 10, a second substrate 20, a first electrode 30, a second electrode 40, a first uneven structure 50, and a refractive index variable layer. 60 and a second concavo-convex structure 70.
  • the first electrode 30, the first uneven structure 50, the refractive index variable layer 60, the second uneven structure 70, and the second electrode 40 are arranged in this order between the pair of the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the arrangement is arranged along the thickness direction.
  • substrate 10, the 1st electrode 30, and the 1st uneven structure 50 comprise the 1st laminated substrate 100, the 2nd board
  • the second concavo-convex structure 70 constitutes the second laminated substrate 200.
  • the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 are arranged so as to face each other with a gap therebetween, and the entire circumference of the outer peripheral end is sealed. Thereby, the refractive index variable layer 60 filled between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 can be confined.
  • a seal member such as an adhesive is formed on the inner surface along the outer peripheral edges of the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200, or the first substrate 10 and the second substrate 20 are welded by a laser. By doing so, it is possible to seal the outer peripheral ends of the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200.
  • the first substrate 10 is a base material of the first multilayer substrate 100
  • the second substrate 20 is a base material of the second multilayer substrate 200.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are light-transmitting substrates (translucent substrates).
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 may be transparent transparent substrates.
  • a resin substrate made of a resin material or a glass substrate made of a glass material can be used.
  • the resin substrate material include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), acrylic, and epoxy.
  • the glass substrate material include soda glass, non-alkali glass, and high refractive index glass.
  • the resin substrate has an advantage of less scattering at the time of destruction.
  • the glass substrate has an advantage of high light transmittance and low moisture permeability.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 may be made of the same material or different materials, but are preferably made of the same material. Moreover, the 1st board
  • substrate 20 are not restricted to a rigid board
  • PET substrate transparent resin substrate
  • the thickness of the first substrate 10 and the second substrate 20 is, for example, 5 ⁇ m to 3 mm, but is not limited thereto. In the present embodiment, the thicknesses of the first substrate 10 and the second substrate 20 are both 50 ⁇ m.
  • the shape of the first substrate 10 and the second substrate 20 in a plan view is, for example, a square or a rectangular rectangle, but is not limited thereto, and may be a circle or a polygon other than a rectangle.
  • the shape can be adopted.
  • first electrode 30 and the second electrode 40 are electrically paired so that an electric field can be applied to the refractive index variable layer 60.
  • the first electrode 30 and the second electrode 40 are also paired in terms of arrangement, and are arranged so as to face each other.
  • the first electrode 30 is disposed on the second substrate 20 side of the first substrate 10.
  • the second electrode 40 is disposed on the first substrate 10 side of the second substrate 20. Specifically, the first electrode 30 is formed on the main surface of the first substrate 10 on the second substrate 20 side, and the second electrode 40 is formed on the main surface of the second substrate 20 on the first substrate 10 side. Is formed.
  • the first electrode 30 and the second electrode 40 that form a pair with the first substrate 10 so as to sandwich at least the first uneven structure 50, the refractive index variable layer 60, and the second uneven structure 70. It is arranged between the second substrate 20. Specifically, the first electrode 30 is disposed between the first substrate 10 and the first uneven structure 50, and the second electrode 40 is disposed between the second substrate 20 and the second uneven structure 70. Has been placed.
  • each of the first electrode 30 and the second electrode 40 is, for example, 5 nm to 2 ⁇ m, but is not limited thereto. In the present embodiment, each of the first electrode 30 and the second electrode 40 has a thickness of 100 nm.
  • the shape of the first electrode 30 and the second electrode 40 in a plan view is, for example, a square or a rectangular shape like the first substrate 10 and the second substrate 20, but is not limited thereto.
  • the first electrode 30 and the second electrode 40 are solid electrodes having a rectangular shape in plan view formed on almost the entire surface of each of the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the first electrode 30 and the second electrode 40 are translucent electrodes and transmit incident light.
  • the first electrode 30 and the second electrode 40 are transparent electrodes made of, for example, a transparent conductive layer.
  • a conductor-containing resin composed of a transparent metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide), or a resin containing a conductor such as silver nanowires or conductive particles.
  • a metal thin film such as a silver thin film can be used.
  • the first electrode 30 and the second electrode 40 may have a single layer structure or a stacked structure thereof (for example, a stacked structure of a transparent metal oxide and a metal thin film).
  • the first electrode 30 and the second electrode 40 are configured to be electrically connected to an external power source.
  • each of the first electrode 30 and the second electrode 40 is drawn out to the outside of the sealing resin that seals the refractive index variable layer 60, and this drawn portion is used as an electrode terminal for connecting to an external power source. Also good.
  • the first concavo-convex structure 50 is a concavo-convex layer having a concavo-convex surface, and has a configuration in which a plurality of first convex portions 51 having a micro-order size or a nano-order size are arranged.
  • the second concavo-convex structure 70 is a concavo-convex layer having a concavo-convex surface, and has a configuration in which a plurality of second convex portions 71 having a micro-order size or a nano-order size are arranged.
  • the first concavo-convex structure 50 is disposed on the second substrate 20 side of the first substrate 10.
  • the first concavo-convex structure 50 is disposed on the second substrate 20 side of the first electrode 30.
  • the first concavo-convex structure 50 is provided on the main surface of the first electrode 30 on the second substrate 20 side.
  • the second uneven structure 70 is disposed on the first substrate 10 side of the second substrate 20.
  • the second concavo-convex structure 70 is disposed on the first substrate 10 side of the second electrode 40.
  • the second uneven structure 70 is provided on the main surface of the second electrode 40 on the first substrate 10 side.
  • the first concavo-convex structure 50 is provided on the first electrode 30 so that the plurality of first convex portions 51 protrude toward the refractive index variable layer 60 side.
  • an adhesion layer may be formed between the first electrode 30 and the first uneven structure 50.
  • the surface on the first electrode 30 side of the first concavo-convex structure 50 (the surface on the first electrode 30 side of the first convex portion 51) is a flat surface.
  • the second concavo-convex structure 70 is provided on the second electrode 40 so that the plurality of second convex portions 71 protrude toward the refractive index variable layer 60 side.
  • an adhesion layer may be formed between the second electrode 40 and the second uneven structure 70.
  • the surface on the second electrode 40 side of the second concavo-convex structure 70 (the surface on the second electrode 40 side of the second convex portion 71) is a flat surface.
  • the plurality of first protrusions 51 of the first uneven structure 50 are formed in a stripe shape.
  • each of the plurality of first protrusions 51 is a long, substantially triangular prism shape that has a triangular cross-sectional shape and extends in the X-axis direction, and is arranged at equal intervals along the Z-axis direction. Yes.
  • all the 1st convex parts 51 become the same shape, it does not restrict to this.
  • the plurality of second convex portions 71 of the second concavo-convex structure 70 are formed in a stripe shape, like the first convex portion 51.
  • each of the plurality of second convex portions 71 is a long, substantially triangular prism shape having a triangular cross-sectional shape and extending in the X-axis direction, and is arranged at equal intervals along the Z-axis direction. Yes.
  • all the 2nd convex parts 71 become the same shape, it does not restrict to this.
  • each first protrusion 51 has a height of 100 nm to 100 ⁇ m and an aspect ratio (height / base) of about 0.5 to 10, but is not limited thereto.
  • each first convex portion 51 has a height of about 10 ⁇ m and a base of about 5 ⁇ m.
  • the interval between the two first convex portions 51 adjacent in the Z-axis direction is, for example, 0 or more and 100 mm or less. That is, the two first convex portions 51 adjacent in the Z-axis direction may be arranged with a predetermined interval without contacting the bottom portion, or arranged with the bottom portion in contact (with zero interval). However, the interval between the two first protrusions 51 adjacent in the Z-axis direction may be equal to or less than the bottom of the first protrusion 51. As an example, in the case of the first convex portion 51 having the above size (height 10 ⁇ m, base 5 ⁇ m), the interval between two adjacent first convex portions 51 is about 2 ⁇ m.
  • Each of the second protrusions 71 has a height of, for example, 100 nm to 100 ⁇ m and an aspect ratio (height / base) of about 1 to 10, similar to the first protrusion 51, but is not limited thereto. It is not a thing.
  • each 2nd convex part 71 is about 10 micrometers in height, and a base is about 5 micrometers.
  • the interval between the two second convex portions 71 adjacent in the Z-axis direction is, for example, not less than 0 and not more than 100 mm. That is, the two second convex portions 71 adjacent in the Z-axis direction may be arranged with a predetermined interval without contacting the bottom portion, or arranged with the bottom portion in contact (with zero interval). However, the interval between the two second protrusions 71 adjacent in the Z-axis direction may be equal to or less than the bottom of the second protrusion 71. As an example, in the case of the second convex portion 71 having the above size (height 10 ⁇ m, base 5 ⁇ m), the interval between two adjacent second convex portions 71 is about 2 ⁇ m.
  • each of the plurality of first convex portions 51 has a pair of side surfaces.
  • the cross-sectional shape of each first convex portion 51 is a tapered shape that tapers along the direction from the first substrate 10 toward the second substrate 20 (the Y-axis plus direction). Accordingly, each of the pair of side surfaces of each first convex portion 51 is an inclined surface that is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the thickness direction. The width of the convex portion 51 is gradually reduced from the first substrate 10 toward the second substrate 20. The inclination angles of the two side surfaces of each first convex portion 51 may be the same or different.
  • each first convex portion 51 is an isosceles triangle, and the inclination angle (base angle) of the two side surfaces of each first convex portion 51 is the same, but preferably the light distribution
  • the angles are designed independently so that the angles are appropriate. In most cases, the inclination angles of the two side surfaces are often different, and a more accurate characteristic can be obtained for a desired angular characteristic.
  • each of the plurality of second convex portions 71 has a pair of side surfaces.
  • the cross-sectional shape of each second convex portion 71 is a tapered shape that tapers along the direction from the second substrate 20 toward the first substrate 10 (the Y-axis minus direction). Accordingly, each of the pair of side surfaces of each second convex portion 71 is an inclined surface that is inclined at a predetermined inclination angle with respect to the thickness direction.
  • the width of the convex portion 71 is gradually reduced from the second substrate 20 toward the first substrate 10.
  • the inclination angles of the two side surfaces of each first convex portion 51 may be the same or different.
  • each second convex portion 71 is an isosceles triangle, and the inclination angles (base angles) of the two side surfaces of each second convex portion 71 are the same, but preferably the light distribution
  • the angles are designed independently so that the angles are appropriate. In most cases, the inclination angles of the two side surfaces are often different, and a more accurate characteristic can be obtained for a desired angular characteristic.
  • a pair of side surfaces of each first convex portion 51 is a surface in contact with the refractive index variable layer 60, and light incident from the first substrate 10 receives an optical action on the pair of side surfaces of the first convex portion 51.
  • the pair of side surfaces of the first convex portion 51 can be a total reflection surface according to the refractive index difference between the first convex portion 51 and the refractive index variable layer 60 and the incident angle of light.
  • each second convex portion 71 is a surface in contact with the refractive index variable layer 60, and light incident from the first substrate 10 receives an optical action on the pair of side surfaces of the second convex portion 71.
  • the pair of side surfaces of the second convex portion 71 can be a total reflection surface according to the refractive index difference between the second convex portion 71 and the refractive index variable layer 60 and the incident angle of light.
  • first concavo-convex structure 50 first convex portion 51
  • second concavo-convex structure 70 second convex portion 71
  • a resin material having translucency such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a silicone resin is used.
  • the first uneven structure 50 and the second uneven structure 70 can be formed by, for example, laser processing or imprinting.
  • the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 are formed using a high refractive index acrylic resin having a refractive index of approximately 1.6.
  • the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 are configured by only an insulating resin material as long as an electric field can be applied to the refractive index variable layer 60 by the first electrode 30 and the second electrode 40. However, it may be conductive. In this case, the material of the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 may be a conductive polymer such as PEDOT, or a resin (conductor containing resin) containing a conductor.
  • the refractive index variable layer 60 includes an insulating liquid 61 and nanoparticles 62 contained in the insulating liquid 61.
  • the refractive index variable layer 60 is a nanoparticle dispersion layer in which countless nanoparticles 62 are dispersed in an insulating liquid 61.
  • the insulating liquid 61 is a transparent liquid having insulating properties and is a solvent serving as a dispersion medium in which the nanoparticles 62 are dispersed as a dispersoid.
  • a liquid having a refractive index (solvent refractive index) of about 1.3 to about 1.5 can be used.
  • the insulating liquid 61 having a refractive index of about 1.4 is used.
  • the kinematic viscosity of the insulating liquid 61 is preferably 100 mm 2 / s or less.
  • the insulating liquid 61 may have a low dielectric constant (below the dielectric constant of the first uneven structure 50 and the second uneven structure 70). That is, the dielectric constants of the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 are preferably higher than the dielectric constant of the insulating liquid 61.
  • the insulating liquid 61 is preferably non-flammable (high flash point with a flash point of 250 ° C. or higher) and low volatility.
  • the insulating liquid 61 is a hydrocarbon (such as an aliphatic hydrocarbon, naphtha, and other petroleum solvents), a low molecular weight halogen-containing polymer, or a mixture thereof.
  • the insulating liquid 61 is a halogenated carbon hydrogen such as a fluorocarbon hydrogen.
  • silicone oil or the like can be used as the insulating liquid 61.
  • a plurality of nanoparticles 62 are dispersed in the insulating liquid 61.
  • the nanoparticle 62 is a fine particle having a particle size of nano-order size. Specifically, when the wavelength of incident light is ⁇ , the particle size of the nanoparticles 62 is preferably ⁇ / 4 or less. By setting the particle size of the nanoparticles 62 to ⁇ / 4 or less, light scattering at the nanoparticles 62 can be reduced, and an average refractive index between the nanoparticles 62 and the insulating liquid 61 can be obtained.
  • the particle size of the nanoparticles 62 is preferably as small as possible, preferably 100 nm or less, more preferably several nm to several tens nm.
  • the nanoparticles 62 may be made of a high refractive index material. Specifically, the refractive index of the nanoparticles 62 is higher than the refractive index of the insulating liquid 61. In the present embodiment, the refractive index of the nanoparticles 62 is higher than the refractive indexes of the first uneven structure 50 and the second uneven structure 70.
  • the nanoparticles 62 metal oxide fine particles can be used. Moreover, the nanoparticle 62 is good to be comprised with the material with a high transmittance
  • transparent zirconia particles having a refractive index of 2.1 composed of zirconium oxide (ZrO 2 ) are used as the nanoparticles 62.
  • the nanoparticles 62 are not limited to zirconium oxide, and may be composed of titanium oxide or the like.
  • the nanoparticles 62 are charged particles that are charged.
  • the nanoparticles 62 can be charged positively (positive) or negatively (minus). In the present embodiment, the nanoparticles 62 are positively (plus) charged.
  • the refractive index variable layer 60 configured in this way, charged nanoparticles 62 are dispersed throughout the insulating liquid 61.
  • zirconia particles having a refractive index of 2.1 are used as the nanoparticles 62, and the nanoparticles 62 are dispersed in an insulating liquid 61 having a solvent refractive index of about 1.4.
  • Layer 60 is assumed.
  • the refractive index (average refractive index: Nini) of the refractive index variable layer 60 as a whole is such that the first concavo-convex structure 50 is in a state where the nanoparticles 62 are uniformly dispersed in the refractive index variable layer 60 (insulating liquid 61).
  • the refractive index of the second concavo-convex structure 70 are set to be substantially the same, and in the present embodiment, it is about 1.6. Note that the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 can be changed by adjusting the concentration (amount) of the nanoparticles 62 dispersed in the insulating liquid 61.
  • the amount of the nanoparticles 62 may be the same refractive index (Np) 1.6 as the refractive index (1.6) of the first uneven structure 50 and the second uneven structure 70.
  • the refractive index The concentration of the nanoparticles 62 with respect to the insulating liquid 61 of about 1.4 (Ns) is about 30% by volume (about 70 wt% in the case of the nanoparticles 62 having a specific gravity of about 5).
  • the concentration of the nanoparticles 62 is about 15% to about 40% by volume (about 45% to about 80% by weight). It becomes the range.
  • the entire refractive index (Nini) of the variable refractive index layer 60 when no voltage is applied is adjusted to about 1.6. However, if the nanoparticles 62 do not aggregate, the refractive index is variable.
  • the refractive index of the layer 60 is preferably about 1.7 or more. In this case, when the refractive index of the insulating liquid 61 is about 1.3 to about 1.5, the concentration of the nanoparticles 62 having a refractive index of 2.1 is preferably about 30% by volume to about 50% by volume. .
  • the maximum refractive index Nmax in the dynamic range of the refractive index variable layer 60 is as follows when the refractive index of the nanoparticles 62 is Np and the refractive index of the insulating liquid 61 is Ns, and the nanoparticles 62 are spherical. Is satisfied.
  • the maximum refractive index Nmax of the dynamic range of the refractive index variable layer 60 preferably satisfies the following relational expression.
  • the minimum refractive index Nmin of the refractive index variable layer 60 is expressed by the following equation.
  • the maximum refractive index Nmax is about 1.8 (corresponding to about 60% by volume), and the minimum refractive index Nmin is 1.4.
  • the refractive index variable layer 60 is disposed between the first uneven structure 50 and the second uneven structure 70. Specifically, the refractive index variable layer 60 is in contact with the first uneven structure 50 and the second uneven structure 70. That is, the contact surface of the refractive index variable layer 60 with the concave / convex surface of the first concave / convex structure 50 is an interface between the refractive index variable layer 60 and the concave / convex surface of the first concave / convex structure 50.
  • the contact surface of the refractive index variable layer 60 with the concave / convex surface of the second concave / convex structure 70 is an interface between the refractive index variable layer 60 and the concave / convex surface of the second concave / convex structure 70.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 60 changes depending on the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40.
  • the refractive index variable layer 60 is disposed between the first electrode 30 and the second electrode 40, and a voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40.
  • An electric field is applied to the refractive index variable layer 60.
  • a DC voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40.
  • the nanoparticles 62 dispersed in the insulating liquid 61 are charged, when an electric field is applied to the refractive index variable layer 60, the nanoparticles 62 migrate in the insulating liquid 61 in accordance with the electric field distribution, and thus the insulating properties. It is unevenly distributed in the liquid 61. Thereby, the particle distribution of the nanoparticles 62 in the refractive index variable layer 60 can be changed to give the concentration distribution of the nanoparticles 62 in the refractive index variable layer 60, so that the refractive index in the refractive index variable layer 60 can be obtained. Distribution changes. That is, the refractive index of the refractive index variable layer 60 partially changes.
  • the refractive index variable layer 60 mainly functions as a refractive index adjustment layer capable of adjusting the refractive index with respect to light in the visible light region.
  • the refractive index variable layer 60 configured as described above is disposed between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200. Specifically, the insulating liquid 61 in which the nanoparticles 62 are dispersed is sealed between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200.
  • the thickness of the refractive index variable layer 60 (that is, the gap between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200) is, for example, 1 ⁇ m to 1 mm, but is not limited thereto. As an example, when the height of the first convex portion 51 of the first concave-convex structure 50 and the second convex portion 71 of the second concave-convex structure 70 is 10 ⁇ m, the thickness of the refractive index variable layer 60 is, for example, 40 ⁇ m.
  • optical device manufacturing method Next, a method for manufacturing the optical device 1 will be described with reference to FIGS.
  • a PET substrate is used as the first substrate 10
  • an ITO film is formed on the PET substrate as the first electrode 30, and a plurality of acrylic resins (refractive index 1.6) are formed on the ITO film.
  • the first laminated substrate 100 is manufactured by forming the first concavo-convex structure 50 including the first convex portions 51 by the imprint method.
  • a PET substrate is used as the second substrate 20
  • an ITO film is formed on the PET substrate as the second electrode 40
  • an acrylic resin is formed on the ITO film.
  • the second laminated substrate 200 is produced by forming the second concavo-convex structure 70 including the plurality of second convex portions 71 by the imprint method.
  • an insulating liquid 61 in which nanoparticles 62 are dispersed is filled as the refractive index variable layer 60 between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200, and the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 are filled with the second laminated substrate 200.
  • the refractive index variable layer 60 is sealed between the first laminated substrate 100 and the second laminated substrate 200 by bonding the outer peripheral portion with the laminated substrate 200.
  • the optical device 1 having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining the first optical action of the optical device 1 according to the first embodiment
  • FIG. 3B is a figure for explaining the second optical action of the optical device 1.
  • FIG. 3C is a view for explaining the third optical action of the optical device 1.
  • the optical device 1 can be realized, for example, as a window with a light distribution control function by being installed in a building window.
  • the optical device 1 is bonded to a building window via an adhesive layer, for example.
  • the optical device 1 is installed on the window so that the longitudinal direction of the first convex portion 51 of the first concavo-convex structure 50 is the horizontal direction.
  • sunlight is incident on the optical device 1 installed in the window.
  • the optical device 1 since the optical device 1 is installed so that the first substrate 10 is located on the light incident side (outside of the building), the optical device 1 receives light (sunlight from the first substrate 10). ) And can be emitted from the second substrate 20 to the inside of the building of the optical device 1 (for example, indoors).
  • the light incident on the optical device 1 receives an optical action from the optical device 1 when passing through the optical device 1.
  • the optical action of the optical device 1 changes due to the change in the refractive index of the refractive index variable layer 60.
  • the light incident on the optical device 1 is subjected to different optical actions according to the refractive index of the refractive index variable layer 60, and the traveling direction is controlled according to the refractive index of the refractive index variable layer 60.
  • the optical device 1 can control the traveling direction of light incident on the optical device 1 according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. Specifically, the particle distribution of the nanoparticles 62 in the refractive index variable layer 60 (nanoparticle dispersion layer) changes according to the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, thereby The refractive index of the refractive index variable layer 60 partially changes. As a result, the optical action of the optical device 1 changes.
  • the optical device 1 in the present embodiment has three optical actions. Hereinafter, the three optical actions of the optical device 1 will be described in detail.
  • optical The device 1 When no potential is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when no voltage is applied), optical The device 1 is in the first optical mode and gives a first optical action to incident light.
  • the nanoparticles 62 are dispersed throughout the insulating liquid 61 in the variable refractive index layer 60 as shown in FIG. 3A.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 60 in a state where the nanoparticles 62 are dispersed throughout the insulating liquid 61 is as shown in FIG. 3A. It is uniform (constant) throughout 60 and is about 1.6 (Nini). Moreover, the refractive index of the 1st uneven structure 50 and the 2nd uneven structure 70 is about 1.6 (Np).
  • the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 is equal to the first uneven structure 50 and the second uneven structure.
  • the refractive index of the structure 70 is substantially the same.
  • the refractive index difference between the first concavo-convex structure 50 (first convex portion 51) and the second concavo-convex structure 70 (second convex portion 71) and the refractive index variable layer 60 is almost eliminated (refractive index difference ⁇ n ⁇ 0).
  • the optical device 1 when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40, the optical device 1 causes the light incident on the first substrate 10 to travel straight and transmit the second substrate 20. . That is, the first optical mode is a transparent mode, and the optical device 1 is in a transparent state in the first optical mode. In this case, the light incident on the first substrate 10 is transmitted straight through without being distributed by the optical device 1 and is emitted from the second substrate 20.
  • the first substrate 10 is incident on the first side.
  • the first optical mode transparent mode
  • the light exiting from the two substrates 20 has the same incident angle when entering the first substrate 10 and the exit angle when exiting from the second substrate 20. That is, the angle in the traveling direction is the same and does not change.
  • the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 and the refractive index of the first uneven structure 50 (and / or the second uneven structure 70) are substantially the same.
  • the difference in refractive index from the one concavo-convex structure 50 (and / or the second concavo-convex structure 70) is 0.01 or less, more preferably 0.005 or less ( ⁇ n ⁇ 0.005).
  • the refractive index difference between the refractive index variable layer 60 and the first uneven structure 50 (and / or the second uneven structure 70) exceeds 0.005, the refractive index variable layer 60 and the first uneven structure 50 (and / or the second uneven structure 50).
  • Light may be scattered at the interface with the concavo-convex structure 70), and haze may occur.
  • the optical device 1 When a potential is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, when a voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when the first voltage is applied), the optical device 1 becomes a 2nd optical mode, and gives a 2nd optical effect
  • the voltage (potential difference) applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 is, for example, about several volts to several tens of volts.
  • the refractive index variable layer 60 has charged nanoparticles. 62 migrates in the insulating liquid 61 according to the electric field distribution. That is, the nanoparticles 62 are electrophoresed in the insulating liquid 61.
  • a negative potential is applied to the first electrode 30 and a positive potential is applied to the second electrode 40, so that the positively charged nanoparticles 62 are directed toward the first electrode 30.
  • the nanoparticles 62 that migrate toward the first electrode 30 enter the concave portions of the first concave-convex structure 50, that is, the region between the two adjacent first convex portions 51 and accumulate.
  • the nanoparticles 62 are unevenly distributed on the first uneven structure 50 side in the refractive index variable layer 60, whereby the particle distribution of the nanoparticles 62 is changed, and the refractive index distribution in the refractive index variable layer 60 is uniform. Is not.
  • the first region 60a1 (high height) of the first concavo-convex structure 50 side in which the nanoparticles 62 gather due to migration of the entire nanoparticles 62 and the concentration of the nanoparticles 62 increases.
  • Concentration region the second region 60a2 (low concentration region) on the second concavo-convex structure 70 side where the concentration of the nanoparticle 62 is reduced due to the migration of the whole nanoparticle 62
  • first region A third region 60b intermediate region is generated between 60a1 and the second region 60a2, and a refractive index distribution as shown in FIG. 3B is generated in the first region 60a1, the second region 60a2, and the third region 60b.
  • the refractive index of the first region 60 a 1 on the first uneven structure 50 side of the refractive index variable layer 60 is the refractive index of the refractive index variable layer 60. It becomes higher than the refractive index of the second region 60a2 on the second uneven structure 70 side and the third region 60b.
  • the refractive index variable layer 60 is formed by dispersing the nanoparticles 62 made of zirconia particles having a refractive index of 2.1 in the insulating liquid 61 having a solvent refractive index of about 1.4. Since the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 when no voltage is applied is about 1.6, the first region 60a1 on the first concavo-convex structure 50 side of the refractive index variable layer 60 when a voltage is applied. The refractive index of the second region 60a2 on the second uneven structure 70 side of the refractive index variable layer 60 is about 1.5 to about 1.5 in the thickness direction. The refractive index of the third region 60b is distributed in the thickness direction from about 1.7 to about 1.5.
  • the refractive index of the first concavo-convex structure 50 is about 1.6. Therefore, in the second optical mode (a voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40).
  • the refractive index of the first concavo-convex structure 50 (about 1.6) and the refractive index of the first region 60a1 on the first concavo-convex structure 50 side of the refractive index variable layer 60 (about 1.7 to about 1.8). There is a difference in refractive index between
  • the interface between the second concavo-convex structure 70 (second convex portion 71) and the refractive index variable layer 60 since there is a refractive index difference at the interface between the second concavo-convex structure 70 (second convex portion 71) and the refractive index variable layer 60, the interface between the upper side surface of the first convex portion 51 and the refractive index variable layer 60.
  • the light L1 totally reflected at refracts at the interface between the refractive index variable layer 60 and the lower side surface of the second convex portion 71, and then refracts from the upper side surface of the refractive index variable layer 60 and the second convex portion 71.
  • the light is totally reflected at the interface with the rate variable layer 60, the traveling direction is bent in the direction of rebound, and the light is emitted to the outside of the optical device 1. That is, the light L1 incident on the optical device 1 is distributed by the optical device 1.
  • the refractive index distribution in the refractive index variable layer 60 is a sigmoid function distribution as shown in FIG. 3B. Accordingly, the thicknesses of the first region 60a1 on the first uneven structure 50 side and the second region 60a2 on the second uneven structure 70 side (that is, the first protrusion 51 of the first uneven structure 50 and the second of the second uneven structure 70).
  • the thickness direction of the first region 60a1 on the first concavo-convex structure 50 side and the second region 60a2 on the second concavo-convex structure 70 side is made larger by increasing the thickness of the third region 60b than the height of the convex portion 71).
  • the refractive index change is further reduced, and a more stable refractive index distribution is obtained. Thereby, the directivity of light distribution can be further improved.
  • the thickness of the third region 60 b is made larger than the height of the first convex portion 51 or the height of the second convex portion 71. More desirably, the thickness of the third region 60b may be at least twice the value obtained by adding the height of the second protrusion 71 to the height of the first protrusion 51. Thereby, the change of a refractive index further decreases over the height direction of the 1st uneven structure 50 and the 2nd uneven structure 70, and refractive index distribution can be stabilized more. Therefore, the directivity of light distribution can be further improved.
  • the concentration of the nanoparticles 62 changes and the refractive index changes.
  • the light L1 is only refracted and is not reflected or scattered.
  • the optical device 1 distributes the light incident on the first substrate 10 and distributes the second substrate 20. Make it transparent. That is, the second optical mode is a light distribution mode (first light distribution mode), and in the second optical mode, the optical device 1 is in a light distribution state (first light distribution state). In this case, the light incident on the first substrate 10 is reflected by the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 of the optical device 1 as described above, and the traveling direction is changed to be emitted from the second substrate 20. To do.
  • the interface on the incident light side of the first substrate 10 the interface between the first substrate 10 and the first electrode 30, or the second electrode 40 and the second electrode.
  • the light incident from the first substrate 10 is refracted at the interface as described above. It will be.
  • the nanoparticles 62 migrate in the insulating liquid 61, and as shown in FIG. Returns to the state in which it is uniformly dispersed throughout the insulating liquid 61.
  • the optical device 1 When a potential different from that in the second optical mode is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, between the first electrode 30 and the second electrode 40, a first voltage different from the first voltage is applied.
  • a DC voltage having a reverse bias (reverse polarity) with respect to the DC voltage in the second optical mode is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 as the second voltage.
  • the voltage (potential difference) applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 is, for example, about several volts to several tens of volts.
  • an electric field is applied to the refractive index variable layer 60 by applying a DC voltage having a polarity opposite to that in the second optical mode between the first electrode 30 and the second electrode 40.
  • the charged nanoparticles 62 migrate in the insulating liquid 61 according to the electric field distribution. That is, the nanoparticles 62 are electrophoresed in the insulating liquid 61.
  • a positive potential is applied to the first electrode 30 and a negative potential is applied to the second electrode 40, so that the positively charged nanoparticles 62 are directed toward the second electrode 40.
  • the nanoparticles 62 that migrate toward the second electrode 40 enter the concave portions of the second concave-convex structure 70, that is, the region between two adjacent second convex portions 71 and accumulate.
  • the nanoparticles 62 are unevenly distributed on the second concavo-convex structure 70 side in the refractive index variable layer 60, whereby the particle distribution of the nanoparticles 62 changes and the refractive index distribution in the refractive index variable layer 60 is uniform. Is not. Specifically, in the refractive index variable layer 60, the first region 60a1 (high height) on the second concavo-convex structure 70 side where the nanoparticles 62 are collected by migration of the nanoparticles 62 and the concentration of the nanoparticles 62 is increased.
  • Concentration region the second region 60a2 (low concentration region) on the first concavo-convex structure 50 side where the nanoparticle 62 has disappeared due to migration of the entire nanoparticle 62, and the concentration of the nanoparticle 62 is low, and the first region A third region 60b (intermediate region) between 60a1 and the second region 60a2 is generated, and a refractive index distribution as shown in FIG. 3C is generated in the first region 60a1, the second region 60a2, and the third region 60b.
  • the refractive index of the nanoparticles 62 is higher than the refractive index of the insulating liquid 61, the refractive index of the first region 60a1 on the second uneven structure 70 side of the refractive index variable layer 60 is that of the refractive index variable layer 60.
  • the refractive index of the second region 60a2 on the first uneven structure 50 side and the third region 60b are higher.
  • the refractive index variable layer 60 is formed by dispersing the nanoparticles 62 made of zirconia particles having a refractive index of 2.1 in the insulating liquid 61 having a solvent refractive index of about 1.4. Since the refractive index of the entire refractive index variable layer 60 when no voltage is applied is about 1.6, the first region 60a1 on the second uneven structure 70 side of the refractive index variable layer 60 when a voltage is applied. The refractive index of the second region 60a2 on the first concavo-convex structure 50 side of the refractive index variable layer 60 is about 1.5 to about 1.5 in the thickness direction. The refractive index of the third region 60b is distributed in the thickness direction from about 1.7 to about 1.5.
  • the refractive index of the second concavo-convex structure 70 is about 1.6, in the case of the second optical mode (a voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40).
  • the refractive index of the second uneven structure 70 (about 1.6) and the refractive index of the first region 60a1 on the second uneven structure 70 side of the refractive index variable layer 60 (about 1.7 to about 1.8).
  • refractive index there is a difference in refractive index between
  • the refractive index is formed at the interface between the first concavo-convex structure 50 (first convex portion 51) and the refractive index variable layer 60. Since there is a difference, the light L1 is totally reflected at the interface between the refractive index variable layer 60 and the lower side surface of the first convex portion 51 and the refractive index variable layer 60, and then the refractive index variable layer 60 and the first convex portion.
  • the traveling direction is bent in a direction in which the light is refracted at the interface between the upper side surface of the portion 51 and the refractive index variable layer 60 and rebounds.
  • the interface between the second concavo-convex structure 70 (second convex portion 71) and the refractive index variable layer 60 since there is a refractive index difference at the interface between the second concavo-convex structure 70 (second convex portion 71) and the refractive index variable layer 60, the interface between the upper side surface of the first convex portion 51 and the refractive index variable layer 60.
  • the light L1 refracted at is totally reflected at the interface between the refractive index variable layer 60 and the lower side surface of the second convex portion 71 and the refractive index variable layer 60, and then the refractive index variable layer 60 and the second convex portion 71.
  • the light is refracted at the interface between the upper side surface and the refractive index variable layer 60, and the traveling direction is bent in the direction of rebound, and the light is emitted outside the optical device 1. That is, the light L1 incident on the optical device 1 is distributed by the optical device 1 at an angle different from that in the first light distribution mode.
  • the refractive index distribution in the refractive index variable layer 60 is a sigmoid function distribution as shown in FIG. 3C. Therefore, the thickness of the second region 60a2 on the first uneven structure 50 side and the second region 60a2 on the second uneven structure 70 side (that is, the first protrusion 51 of the first uneven structure 50 and the second of the second uneven structure 70).
  • the thickness direction of the second region 60a2 on the first concavo-convex structure 50 side and the first region 60a1 on the second concavo-convex structure 70 side by increasing the thickness of the third region 60b rather than the height of the convex portion 71).
  • the refractive index change is further reduced, and a more stable refractive index distribution is obtained. Thereby, the directivity of light distribution can be further improved.
  • the thickness of the third region 60 b is made larger than the height of the first convex portion 51 or the height of the second convex portion 71. More preferably, the height of the first convex portion 51 is set to be twice or more the value obtained by adding the height of the second convex portion 71. Thereby, the change of a refractive index further decreases over the height direction of the 1st uneven structure 50 and the 2nd uneven structure 70, and refractive index distribution can be stabilized more. Therefore, the directivity of light distribution can be further improved.
  • the concentration of the nanoparticles 62 changes and the refractive index changes.
  • the light L1 is only refracted and is not reflected or scattered.
  • the optical device 1 distributes the light incident on the first substrate 10 and distributes the second substrate 20. Make it transparent. That is, the third optical mode is a light distribution mode (second light distribution mode), and in the third optical mode, the optical device 1 is in a light distribution state (second light distribution state).
  • the light incident on the first substrate 10 is reflected by the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 of the optical device 1 as described above, and the traveling direction is changed, so that the first light distribution mode.
  • the light is emitted from the second substrate 20 at a different angle.
  • the interface on the incident light side of the first substrate 10 the interface between the first substrate 10 and the first electrode 30, or the second electrode 40 and the second electrode.
  • the light incident from the first substrate 10 is refracted at the interface as described above. It will be.
  • the nanoparticles 62 migrate in the insulating liquid 61, and as shown in FIG. Returns to the state in which it is uniformly dispersed throughout the insulating liquid 61.
  • the optical device 1 configured as described above is an active device capable of changing the optical action by controlling the refractive index matching between the first uneven structure 50 and the second uneven structure 70 and the refractive index variable layer 60 by an electric field.
  • Type optical control device That is, the optical device 1 can be switched to a plurality of optical modes by controlling the voltage applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. In the present embodiment, the optical device 1 is switched to three modes: a first optical mode (transparent mode), a second optical mode (first light distribution mode), and a third optical mode (second light distribution mode). it can.
  • the dielectric constant of the first concavo-convex structure 50 (first convex portion 51) and the second concavo-convex structure 70 (second convex portion 71) is larger than the dielectric constant of the insulating liquid 61 of the refractive index variable layer 60. Is good. That is, it is better that the dielectric constant of the insulating liquid 61 is lower than that of the first uneven structure 50 (first protrusion 51) and the second uneven structure 70 (second protrusion 71). Thereby, it is possible to suppress an electric field from being applied to the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70.
  • the first uneven structure 50, the second uneven structure 70, and the refractive index variable layer 60 are disposed between the first electrode 30 and the second electrode 40.
  • an insulating liquid 61 nanoparticle dispersion layer in which charged nanoparticles 62 are dispersed is used.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 60 can be changed. It can. Specifically, the particle distribution of the nanoparticles 62 in the refractive index variable layer 60 changes, and the refractive index distribution of the refractive index variable layer 60 changes. Thereby, since the refractive index difference of the 1st uneven structure 50 and the 2nd uneven structure 70, and the refractive index variable layer 60 changes, the advancing direction of the light which injects into the optical device 1 is controllable.
  • a high refractive index material is used as the nanoparticles 62.
  • the refractive index of the nanoparticles 62 is set higher than that of the insulating liquid 61. More specifically, the refractive index of the nanoparticles 62 is made higher than the refractive indexes of the first uneven structure 50 and the second uneven structure 70.
  • the refractive index of the refractive index variable layer 60 is the first uneven structure 50.
  • the refractive index of the second concavo-convex structure 70 is substantially the same. Therefore, when no voltage is applied, there is no difference in refractive index between the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 and the refractive index variable layer 60, and the optical device 1 enters the transparent mode, and the first substrate 10. The light incident on the second substrate 20 is transmitted straight through the second substrate 20.
  • the nanoparticles 62 having a refractive index higher than that of the insulating liquid 61 are either the first uneven structure 50 or the second uneven structure 70. It migrates toward one side and is unevenly distributed.
  • a sigmoid-function refractive index distribution can be generated in the third region 60b, which is an intermediate region between the second region 60a2.
  • the optical device 1 when a voltage is applied, a refractive index difference is generated between the first concavo-convex structure 50, the second concavo-convex structure 70, and the refractive index variable layer 60, and the optical device 1 is in two types of light distribution modes.
  • the light incident on one substrate 10 is distributed and transmitted through the second substrate 20.
  • the optical device 1 includes the first concavo-convex structure 50, the second concavo-convex structure 70, and the refractive index variable layer 60 as compared with an optical device in which the refractive index variable layer is a liquid crystal layer. Since the refractive index difference ( ⁇ n) can be increased, the light distribution control range can be increased.
  • the refractive index variable layer when the refractive index variable layer is a liquid crystal layer, the refractive index variable layer (liquid crystal layer) changes its refractive index only within the range of 1.5 to 1.7.
  • the refractive index of the concavo-convex structure can only be set in the range of 1.5 to 1.7, and the maximum refractive index of the concavo-convex structure and the refractive index variable layer can be set. The difference remains at 0.2.
  • the refractive index variable layer 60 is composed of the nanoparticles 62 having a refractive index of 2.1 and the insulating liquid 61 having a solvent refractive index of about 1.4.
  • the refractive index variable layer 60 can partially change the refractive index in the range of 1.4 to 1.8.
  • the refractive index of the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 can also be set in the range of 1.4 to 1.8, and the first concavo-convex structure 50 having a refractive index of 1.4 to 1.8.
  • the largest refractive index difference with the 2nd uneven structure 70 can be expanded to 0.4.
  • the difference in refractive index between the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 and the refractive index variable layer 60 increases, so that the light incident on the optical device 1 is incident on the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure.
  • the range (light distribution control range) in which the angle when reflecting at 70 can be increased or decreased can be expanded. That is, the dynamic range of the light distribution angle can be expanded.
  • the optical device 1 in the present embodiment can improve the light distribution rate as compared with the optical device in which the refractive index variable layer is a liquid crystal layer. That is, since the liquid crystal layer is composed of liquid crystal molecules having birefringence, an optical device using the liquid crystal layer can distribute only one of the S wave and the P wave. On the other hand, since the insulating liquid 61 and the nanoparticles 62 are independent of the S wave and the P wave, the optical device 1 in the present embodiment is free from both the S wave and the P wave. Can distribute light. Therefore, the optical device 1 in the present embodiment has a light distribution rate twice that of the optical device using the liquid crystal layer.
  • the light distribution control range can be increased and the light distribution rate can be improved as compared with the optical device in which the refractive index variable layer is a liquid crystal layer. be able to. Therefore, an optical device having excellent light distribution performance can be realized.
  • the first convex portion 51 of the first concavo-convex structure 50 or the second convex portion 71 of the second concavo-convex structure 70 is unevenly distributed so that the entire side surface on one side is a reflective surface.
  • the nanoparticles 62 to be present exist so as to fill all of the concave portions (regions between two adjacent first convex portions 51 (or second convex portions 71)) of the first concave and convex structure 50 and the second concave and convex structure 70. Or it is better to make everything disappear.
  • the nanoparticles 62 exist at the vertices of the first convex portion 51 and the second convex portion 71 or not at all.
  • the amount of the nanoparticles 62 necessary to fill all or eliminate all the concave portions of the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70 is high in the first concavo-convex structure 50 and the second concavo-convex structure 70.
  • the concentration of the nanoparticles 62 in the insulating liquid 61 may be adjusted according to the thickness and the thickness of the refractive index variable layer 60.
  • FIGS. 4A, 4B, and 4C are diagrams for explaining the first optical action of the optical device 1A according to the second embodiment
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the second optical action of the optical device 1A
  • FIG. 4C is a diagram for explaining a third optical action of the optical device 1A.
  • the optical device 1A in the present embodiment includes a first substrate 10, a second substrate 20, a first electrode 30, a second electrode 40, a first uneven structure 50A, The refractive index variable layer 60 and the second uneven structure 70A are provided.
  • the first substrate 10, the first electrode 30, and the first concavo-convex structure 50A constitute the first laminated substrate 100A
  • the second substrate 20, the second electrode 40, and the second concavo-convex structure 70A are the second A laminated substrate 200 is configured.
  • the optical device 1A according to the present embodiment is different from the optical device 1 according to the first embodiment in that the refractive index of the first concavo-convex structure (first convex portion) and the second concavo-convex structure (second convex portion). It is.
  • the first concavo-convex structure in the first embodiment is different from the refractive index of the first concavo-convex structure 50 (first convex portion 51) in the first embodiment, whereas the first concavo-convex structure in the present embodiment.
  • the refractive index of 50A (first convex portion 51A) is about 1.4.
  • the first concavo-convex structure 50A (first convex portion 51A) can be formed using a low refractive index acrylic resin having a refractive index of about 1.4.
  • the refractive index of the second concavo-convex structure 70 (second convex portion 71) in the first embodiment is about 1.6
  • the second concavo-convex structure 70A (first The refractive index of the two convex portions 71A) is about 1.8
  • the second concavo-convex structure 70 ⁇ / b> A (second convex portion 71 ⁇ / b> A) can be formed using a high refractive index acrylic resin having a refractive index of approximately 1.8.
  • the optical device 1A in the present embodiment also has three optical actions, like the optical device 1 in the first embodiment.
  • the three optical actions of the optical device 1A will be described in detail.
  • the optical device 1A When no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when no voltage is applied), the optical device 1A enters the first optical mode, and the first optical action is performed on incident light. give.
  • the nanoparticles 62 are dispersed throughout the insulating liquid 61 in the variable refractive index layer 60 as shown in FIG. 4A. .
  • the refractive index of the refractive index variable layer 60 in a state where the nanoparticles 62 are dispersed throughout the insulating liquid 61 is as shown in FIG. 4A. It is uniform (constant) throughout 60 and is about 1.6 (Nini).
  • the refractive index (Np1) of the first uneven structure 50A is about 1.4
  • the refractive index (Np2) of the second uneven structure 70A is about 1.8.
  • the first uneven structure 50A, the second uneven structure 70A, and the refractive index variable layer 60 are not connected. There is a difference in refractive index.
  • the first uneven structure 50A first protrusion 51A
  • the second uneven structure 70A second protrusion 71A
  • refractive index is refracted at the interface between the refractive index variable layer 60 and the lower side surface of the first convex portion 51A
  • the traveling direction is bent in the direction of total reflection and rebounding at the interface with the upper side surface of the first convex portion 51A, and then refracted at the interface between the refractive index variable layer 60 and the lower side surface of the second convex portion 71A.
  • the light is totally reflected at the interface between the refractive index variable layer 60 and the upper side surface of the second convex portion 71A, passes through the second substrate 20, and is emitted to the outside of the optical device 1A.
  • the light L1 incident on the optical device 1A is emitted outside the optical device 1A with its traveling direction being bent.
  • the optical device 1A distributes the light incident on the first substrate 10 even when no voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40. Can do. That is, the first optical mode with no voltage applied is the light distribution mode (first light distribution mode), and in the first optical mode, the optical device 1A is in the light distribution state.
  • the optical device 1A When a potential is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, when a voltage is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 (when the first voltage is applied), the optical device 1A is in the second optical mode and gives a second optical action to the incident light.
  • a negative potential is applied to the first electrode 30 and a positive potential is applied to the second electrode 40.
  • the positively charged nanoparticles 62 migrate toward the first electrode 30, and therefore, in the refractive index variable layer 60, when the first voltage is applied in the first embodiment (FIG. 3B).
  • a similar refractive index profile occurs.
  • the refractive index of the first uneven structure 50A is about 1.4
  • the refractive index of the first region 60a1 on the first uneven structure 50A side of the refractive index variable layer 60 (about 1.. 7 to about 1.8)
  • the refractive index of the first relief structure 50A since the refractive index of the second uneven structure 70A is about 1.8, the refractive index (about 1.5 to about 1.4) of the second region 60a2 on the second uneven structure 70A side of the refractive index variable layer 60. And a refractive index difference between the refractive index of the second uneven structure 70A.
  • the light L1 incident from the oblique direction on the optical device 1A is refracted at the interface between the refractive index variable layer 60 and the lower side surface of the first convex portion 51A, Total reflection is made at the interface between the refractive index variable layer 60 and the upper side surface of the first convex portion 51A, and the traveling direction is bent in the direction of rebound, and then the upper side surface of the refractive index variable layer 60 and the second convex portion 71A And then totally reflected at the interface between the refractive index variable layer 60 and the lower side surface of the second convex portion 71A, the traveling direction is bent in the direction of rebound, and the light is emitted to the outside of the optical device 1A. That is, the light L1 incident on the optical device 1A is distributed by the optical device 1A. However, in the second optical mode, light is distributed at an angle different from that in the first optical mode.
  • the optical device 1 ⁇ / b> A distributes the light incident on the first substrate 10 and transmits the light through the second substrate 20.
  • the second optical mode is a light distribution mode (second light distribution mode)
  • the optical device 1A is in a light distribution state (second light distribution state).
  • the refractive index of the first uneven structure 50A is about 1.4
  • the refractive index of the second uneven structure 70A is about 1.8
  • the refractive index of the second region 60a2 on the second uneven structure 70A side of the refractive index variable layer 60 about 1.5 to about 1.4).
  • the first concavo-convex structure 50A and the second concavo-convex structure 70A are made different in refractive index, so that in the second light distribution mode in the present embodiment, the light L1 is the optical device 1A.
  • the optical device 1A When a potential different from that in the second optical mode is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40, that is, a second voltage different from the first voltage between the first electrode 30 and the second electrode 40. Is applied (when the second voltage is applied), the optical device 1A enters the third optical mode, and applies the third optical action to the incident light. Specifically, a DC voltage having a reverse bias (reverse polarity) with respect to the DC voltage in the second optical mode is applied between the first electrode 30 and the second electrode 40 as the second voltage. .
  • a positive potential is applied to the first electrode 30 and a negative potential is applied to the second electrode 40.
  • the positively charged nanoparticles 62 migrate toward the second electrode 40, and therefore, in the refractive index variable layer 60, the same as when the first voltage is applied in the first embodiment (FIG. 3C).
  • the refractive index of the first uneven structure 50A is about 1.4
  • the refractive index of the first region 60a1 on the first uneven structure 50A side of the refractive index variable layer 60 (about 1..
  • the refractive index of the first relief structure 50A is about 1..
  • the refractive index of the second uneven structure 70A is about 1.8
  • the refractive index difference between the second concavo-convex structure 70 disappears.
  • the refractive index difference between the first concavo-convex structure 50A (first convex portion 51A) and the second concavo-convex structure 70A (second convex portion 71A) and the refractive index variable layer 60 is almost eliminated (refractive index difference ⁇ n ⁇ 0. ).
  • the traveling direction of the light L1 is not changed without being refracted or totally reflected. Therefore, in the third optical mode, the light L1 incident on the optical device 1A travels straight through the optical device 1A without being bent in the traveling direction by the optical device 1A and is emitted to the outside of the optical device 1A.
  • the third optical mode is a transparent mode, and the incident angle when entering the first substrate 10 and the exit angle when exiting from the second substrate 20 are the same. That is, the angle in the traveling direction is the same and does not change.
  • the same effects as those of the optical device 1 in the first embodiment can be obtained.
  • the optical device 1A in the present embodiment places the optical device 1A in a light distribution state even when no voltage is applied to the first electrode 30 and the second electrode 40. Can do. As a result, a light distribution state with a more stable refractive index distribution can be realized, so that the directivity of the light distribution can be further improved and the light distribution ratio can be improved.
  • the control range (dynamic range) of the light distribution angle can be greatly improved. Specifically, the control range of the light distribution angle can be quadrupled.
  • the nanoparticles 62 are positively charged, but the present invention is not limited to this. That is, the nanoparticles 62 may be negatively charged.
  • the voltages applied to the first electrode 30 and the second electrode 40 are all in a reverse polarity relationship.
  • the first convex portion 51 (first convex portion 51A) and the second convex portion 71 (second convex portion 71A) have a long cross-sectional shape. Although it was a triangular prism, it is not limited to this.
  • the first convex portion 51 (first convex portion 51A) and the second convex portion 71 (second convex portion 71A) may be a long, substantially square column having a substantially trapezoidal cross-sectional shape.
  • the cross-sectional shape of the side surface of the first convex portion 51 (first convex portion 51A) and the second convex portion 71 (second convex portion 71A) is not limited to a straight line, and may be a curved shape or a saw shape. Further, the first convex portion 51 (first convex portion 51A) and the second convex portion 71 (second convex portion 71A) are formed when each of the plurality of convex portions 51 extends linearly in the X-axis direction.
  • the shape is not limited to a curved shape, a wavy shape, or a saw shape, and is not limited to one long member extending in the X-axis direction, and may be partially divided in the X-axis direction.
  • the plurality of convex portions 51 may be formed in a dot shape along the X-axis direction.
  • the plurality of first protrusions 51 (first protrusion 51A) and the plurality of second protrusions 71 (second protrusion 71A) are formed separately from each other.
  • the plurality of first protrusions 51 (first protrusion 51A) and / or the plurality of second protrusions 71 (second protrusion 71A) may be connected to each other at the root.
  • the connection layer that connects the plurality of first protrusions 51 (first protrusion 51A) and / or the plurality of second protrusions 71 (second protrusion 71A) is formed so as to leave intentionally. It may be formed by a remaining film.
  • the heights of the plurality of first protrusions 51 (first protrusion 51A) and the plurality of second protrusions 71 (second protrusion 71A) are constant. However, it is not limited to this.
  • the heights of the plurality of first protrusions 51 (first protrusion 51A) and the plurality of second protrusions 71 (second protrusion 71A) may be different at random.
  • interval of the some 1st convex part 51 (1st convex part 51A) and the some 2nd convex part 71 (2nd convex part 71A) may differ at random, and both height and a space
  • sunlight is exemplified as the light incident on the optical devices 1 and 1A, but the present invention is not limited to this.
  • the light incident on the optical devices 1 and 1A may be light emitted by a light emitting device such as a lighting fixture.
  • the optical devices 1 and 1A are arranged in the window so that the longitudinal direction of the first convex portions 51 and 51A is the X-axis direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • the optical devices 1 and 1A are arranged so that the first substrate 10 is on the incident side (outside the building) and the second substrate 20 is on the light emitting side (inside the building).
  • positions was demonstrated, it is not restricted to this.
  • the optical device 1 may be arranged such that the first substrate 10 is on the light emitting side (inside the building) and the second substrate 20 is on the light incident side (outside the building).
  • the optical devices 1 and 1A are attached to the window, but the optical devices 1 and 1A may be used as the building windows themselves.
  • the optical devices 1 and 1A are not limited to being installed on a building window, and may be installed on a car window, for example.

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Abstract

光学デバイス（１）は、光透過性を有する第一基板（１０）と、第一基板（１０）に対向して配置された光透過性を有する第二基板（２０）と、第一基板（１０）の第二基板（２０）側に配置された第一電極（３０）と、第一電極（３０）の第二基板（２０）側に配置された第一凹凸構造（５０）と、第二基板（２０）の第一基板（１０）側に配置された第二電極（４０）と、第二電極（４０）の第一基板（１０）側に配置された第二凹凸構造（７０）と、第一凹凸構造（５０）と第二凹凸構造（７０）との間に配置され、第一電極（３０）と第二電極（４０）との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層（６０）とを備え、屈折率可変層（６０）は、絶縁性液体（６１）と、絶縁性液体（６１）に含まれ、帯電したナノ粒子（６２）とを有し、ナノ粒子（６２）の屈折率は、絶縁性液体（６１）の屈折率よりも高い。

Description

光学デバイス
　本発明は、光学デバイスに関し、特に、入射する光を配光することができる光学デバイスに関する。
　従来、光学デバイスとして、入射する光を配光することができる配光デバイスが提案されている。このような光学デバイスは、建物又は車等の窓等に用いられる。例えば、光学デバイスを建物の窓に設置することで、室外から入射する太陽光等の外光の進行方向を変更して当該外光を室内の天井に向けて導入することができる（例えば特許文献１、２）。
　この種の配光デバイスとして、液晶を用いたものが知られている。例えば、特許文献３には、一対の透明基板と、一対の透明基板の内側に配置された一対の透明電極と、一対の透明電極の間に配置された液晶層とを備える液晶光学素子が開示されている。液晶を用いた配光デバイスでは、一対の透明電極に印加する電圧に応じて液晶層の液晶分子の配向状態を変化させることで、配光デバイスに入射する光の進行方向を変化させている。
特開２０１２－２５９９５１号公報 国際公開第２０１５／０５６７３６号 特開２０１２－１７３５３４号公報
　しかしながら、液晶を用いた配光デバイスでは、十分な配光性能を得ることができない。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、優れた配光性能を有する光学デバイスを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る第１の光学デバイスの一態様は、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された第一凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記第二電極の前記第一基板側に配置された第二凹凸構造と、前記第一凹凸構造と前記第二凹凸構造との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを備え、前記屈折率可変層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子とを有し、前記ナノ粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い。
　また、本発明に係る第２の光学デバイスの一態様は、入射する光を制御する光学デバイスであって、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された第一凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記第二電極の前記第一基板側に配置された第二凹凸構造と、前記第一凹凸構造と前記第二凹凸構造との間に配置され、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子を有するナノ粒子分散層とを備え、前記光学デバイスは、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記光学デバイスに入射する光の進行方向を制御する。
　また、本発明に係る第３の光学デバイスの一態様は、光透過性を有する第一基板と、前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、前記第一電極の前記第二基板側に配置された第一凹凸構造と、前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記第二電極の前記第一基板側に配置された第二凹凸構造と、前記第一凹凸構造と前記第二凹凸構造との間に配置され、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子を有するナノ粒子分散層とを備え、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記ナノ粒子分散層における前記ナノ粒子の粒子分布が変化する。
　本発明によれば、優れた配光性能を有する光学デバイスを実現できる。
図１は、第一の実施の形態に係る光学デバイスの断面図である。 図２は、第一の実施の形態に係る光学デバイスの拡大断面図である。 図３Ａは、第一の実施の形態に係る光学デバイスの第一光学作用を説明するための図である。 図３Ｂは、第一の実施の形態に係る光学デバイスの第二光学作用を説明するための図である。 図３Ｃは、第一の実施の形態に係る光学デバイスの第三光学作用を説明するための図である。 図４Ａは、第二の実施の形態に係る光学デバイスの第一光学作用を説明するための図である。 図４Ｂは、第二の実施の形態に係る光学デバイスの第二光学作用を説明するための図である。 図４Ｃは、第二の実施の形態に係る光学デバイスの第三光学作用を説明するための図である。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表しており、本実施の形態では、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｚ軸に垂直な方向（ＸＹ平面に平行な方向）を水平方向としている。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、かつ、いずれもＺ軸に直交する軸である。なお、Ｚ軸方向のプラス方向を鉛直下方としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、光学デバイスの厚み方向を意味し、第一基板１０及び第二基板２０の主面に垂直な方向（本実施の形態では、Ｙ軸方向）のことである。
　（第一の実施の形態）
　まず、第一の実施の形態に係る光学デバイス１の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、第一の実施の形態に係る光学デバイス１の断面図である。図２は、同光学デバイス１の拡大断面図であり、図１の破線で囲まれる領域IIの拡大図を示している。
　光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光を制御する光制御デバイスである。具体的には、光学デバイス１は、光学デバイス１に入射する光の進行方向を制御する。本実施の形態において、光学デバイス１は、入射する光の進行方向を変更して（例えば配光して）出射させることができる配光デバイスである。
　図１及び図２に示すように、光学デバイス１は、第一基板１０と、第二基板２０と、第一電極３０と、第二電極４０と、第一凹凸構造５０と、屈折率可変層６０と、第二凹凸構造７０とを備える。
　光学デバイス１は、一対の第一基板１０及び第二基板２０の間に、第一電極３０、第一凹凸構造５０、屈折率可変層６０、第二凹凸構造７０及び第二電極４０がこの順で厚み方向に沿って配置された構成となっている。
　また、図１に示すように、光学デバイス１において、第一基板１０、第一電極３０及び第一凹凸構造５０は、第一積層基板１００を構成し、第二基板２０、第二電極４０及び第二凹凸構造７０は、第二積層基板２００を構成している。
　第一積層基板１００及び第二積層基板２００は、ギャップを介して互いに対向するように配置されており、外周端部の全周が封止されている。これにより、第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に充填された屈折率可変層６０を閉じ込めることができる。例えば、第一積層基板１００及び第二積層基板２００の外周端部に沿って内面に額縁状に接着剤等のシール部材を形成したり、レーザによって第一基板１０と第二基板２０とを溶着したりすることで、第一積層基板１００及び第二積層基板２００の外周端部を封止することができる。
　以下、光学デバイス１の各構成部材について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
　［第一基板、第二基板］
　図１及び図２に示すように、第一基板１０は、第一積層基板１００の基材であり、第二基板２０は、第二積層基板２００の基材である。
　第一基板１０及び第二基板２０は、光透過性を有する基板（透光性基板）である。第一基板１０及び第二基板２０は、透明な透明基板であるとよい。
　第一基板１０及び第二基板２０としては、例えば、樹脂材料からなる樹脂基板又はガラス材料からなるガラス基板を用いることができる。樹脂基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル又はエポキシ等が挙げられる。ガラス基板の材料としては、ソーダガラス、無アルカリガラス又は高屈折率ガラス等が挙げられる。樹脂基板は、破壊時の飛散が少ないという利点がある。一方、ガラス基板は、光透過率が高く、かつ、水分の透過性が低いという利点がある。
　第一基板１０と第二基板２０とは、同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよいが、同じ材料で構成されている方がよい。また、第一基板１０及び第二基板２０は、リジッド基板に限るものではなく、フレキシブル基板又はフィルム基板であってもよい。本実施の形態では、第一基板１０及び第二基板２０として、いずれもＰＥＴからなる透明樹脂基板（ＰＥＴ基板）を用いている。
　第一基板１０及び第二基板２０の厚さは、例えば５μｍ～３ｍｍであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一基板１０及び第二基板２０の厚さは、いずれも５０μｍである。
　また、第一基板１０及び第二基板２０の平面視の形状は、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、これに限るものではなく、円形又は四角形以外の多角形であってもよく、任意の形状が採用され得る。
　［第一電極、第二電極］
　図１及び図２に示すように、第一電極３０及び第二電極４０は、電気的に対になっており、屈折率可変層６０に電界を与えることができるように構成されている。また、第一電極３０と第二電極４０とは、配置的にも対になっており、互いに対向するように配置されている。
　第一電極３０は、第一基板１０の第二基板２０側に配置されている。また、第二電極４０は、第二基板２０の第一基板１０側に配置されている。具体的には、第一電極３０は、第一基板１０の第二基板２０側の主面に形成されており、第二電極４０は、第二基板２０の第一基板１０側の主面に形成されている。
　また、本実施の形態において、一対をなす第一電極３０及び第二電極４０は、少なくとも第一凹凸構造５０、屈折率可変層６０及び第二凹凸構造７０を挟むように、第一基板１０と第二基板２０との間に配置されている。具体的には、第一電極３０は、第一基板１０と第一凹凸構造５０との間に配置されており、第二電極４０は、第二基板２０と第二凹凸構造７０との間に配置されている。
　第一電極３０及び第二電極４０の各々の厚さは、例えば５ｎｍ～２μｍであるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極３０及び第二電極４０の各々の厚さは、いずれも１００ｎｍである。
　また、第一電極３０及び第二電極４０の平面視の形状は、第一基板１０及び第二基板２０と同様に、例えば正方形や長方形の矩形状であるが、これに限るものではない。本実施の形態において、第一電極３０及び第二電極４０は、第一基板１０及び第二基板２０の各々の表面のほぼ全面に形成された平面視形状が矩形状のべた電極である。
　第一電極３０及び第二電極４０は、透光性を有する電極であり、入射した光を透過する。第一電極３０及び第二電極４０は、例えば透明導電層からなる透明電極である。透明導電層の材料としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）等の透明金属酸化物、銀ナノワイヤや導電性粒子等の導電体を含有する樹脂によって構成された導電体含有樹脂、又は、銀薄膜等の金属薄膜等を用いることができる。なお、第一電極３０及び第二電極４０は、これらの単層構造であってもよいし、これらの積層構造（例えば透明金属酸化物と金属薄膜との積層構造）であってもよい。
　第一電極３０及び第二電極４０は、外部電源との電気接続が可能となるように構成されている。例えば、屈折率可変層６０を封止するシール樹脂の外部にまで第一電極３０及び第二電極４０の各々が引き出されて、この引き出された部分を外部電源に接続するための電極端子にしてもよい。
　［凹凸構造］
　図１及び図２に示すように、第一凹凸構造５０は、凹凸面を有する凹凸層であり、マイクロオーダサイズ又はナノオーダサイズの複数の第一凸部５１が配列された構成である。また、第二凹凸構造７０も同様に、凹凸面を有する凹凸層であり、マイクロオーダサイズ又はナノオーダサイズの複数の第二凸部７１が配列された構成である。
　第一凹凸構造５０は、第一基板１０の第二基板２０側に配置されている。本実施の形態において、第一凹凸構造５０は、第一電極３０の第二基板２０側に配置されている。具体的には、第一凹凸構造５０は、第一電極３０の第二基板２０側の主面に設けられている。
　また、第二凹凸構造７０は、第二基板２０の第一基板１０側に配置されている。本実施の形態において、第二凹凸構造７０は、第二電極４０の第一基板１０側に配置されている。具体的には、第二凹凸構造７０は、第二電極４０の第一基板１０側の主面に設けられている。
　本実施の形態において、第一凹凸構造５０は、複数の第一凸部５１が屈折率可変層６０側に突出するように第一電極３０の上に設けられている。この場合、第一電極３０と第一凹凸構造５０との間に密着層が形成されていてもよい。なお、第一凹凸構造５０の第一電極３０側の面（第一凸部５１の第一電極３０側の面）は平坦な面となっている。
　また、第二凹凸構造７０は、第一凹凸構造５０と同様に、複数の第二凸部７１が屈折率可変層６０側に突出するように第二電極４０の上に設けられている。この場合、第二電極４０と第二凹凸構造７０との間に密着層が形成されていてもよい。なお、第二凹凸構造７０の第二電極４０側の面（第二凸部７１の第二電極４０側の面）は平坦な面となっている。
　第一凹凸構造５０の複数の第一凸部５１は、ストライプ状に形成されている。具体的には、複数の第一凸部５１の各々は、断面形状が三角形でＸ軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、Ｚ軸方向に沿って等間隔に配列されている。また、全ての第一凸部５１が同じ形状となっているが、これに限るものではない。
　第二凹凸構造７０の複数の第二凸部７１は、第一凸部５１と同様に、ストライプ状に形成されている。具体的には、複数の第二凸部７１の各々は、断面形状が三角形でＸ軸方向に延在する長尺状の略三角柱形状であり、Ｚ軸方向に沿って等間隔に配列されている。また、全ての第二凸部７１が同じ形状となっているが、これに限るものではない。
　各第一凸部５１は、例えば、高さが１００ｎｍ以上１００μｍ以下で、アスペクト比（高さ／底辺）が０．５～１０程度であるが、これに限るものではない。一例として、各第一凸部５１は、高さが１０μｍ程度で、底辺が５μｍ程度である。
　また、Ｚ軸方向に隣り合う２つの第一凸部５１の間隔は、例えば０以上１００ｍｍ以下である。つまり、Ｚ軸方向に隣り合う２つの第一凸部５１は、底部が接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよいし、底部が接触して配置（間隔ゼロで）されていてもよいが、Ｚ軸方向に隣り合う２つの第一凸部５１の間隔は、第一凸部５１の底辺以下であるとよい。一例として、上記サイズの第一凸部５１（高さ１０μｍ、底辺５μｍ）の場合、隣り合う２つの第一凸部５１の間隔は、２μｍ程度である。
　また、各第二凸部７１は、第一凸部５１と同様に、例えば、高さが１００ｎｍ以上１００μｍ以下で、アスペクト比（高さ／底辺）が１～１０程度であるが、これに限るものではない。一例として、各第二凸部７１は、高さが１０μｍ程度で、底辺が５μｍ程度である。
　また、Ｚ軸方向に隣り合う２つの第二凸部７１の間隔は、例えば０以上１００ｍｍ以下である。つまり、Ｚ軸方向に隣り合う２つの第二凸部７１は、底部が接触することなく所定の間隔をあけて配置されていてもよいし、底部が接触して配置（間隔ゼロで）されていてもよいが、Ｚ軸方向に隣り合う２つの第二凸部７１の間隔は、第二凸部７１の底辺以下であるとよい。一例として、上記サイズの第二凸部７１（高さ１０μｍ、底辺５μｍ）の場合、隣り合う２つの第二凸部７１の間隔は、２μｍ程度である。
　複数の第一凸部５１の各々は、一対の側面を有する。本実施の形態において、各第一凸部５１の断面形状は、第一基板１０から第二基板２０に向かう方向（Ｙ軸プラス方向）に沿って先細りのテーパ形状である。したがって、各第一凸部５１の一対の側面の各々は、厚み方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面となっており、各第一凸部５１において一対の側面の間隔（第一凸部５１の幅）は、第一基板１０から第二基板２０に向かって漸次小さくなっている。各第一凸部５１の２つの側面の傾斜角は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態において、各第一凸部５１の断面形状は二等辺三角形であり、各第一凸部５１の２つの側面の傾斜角（底角）は同じであるが、好ましくは、配光角度が適切になるように、それぞれ独立して角度が設計される。ほとんどの場合、２つの側面の傾斜角は異なることが多く、所望の角度特性に対して、より正確な特性を得ることができる。
　複数の第二凸部７１の各々は、一対の側面を有する。本実施の形態において、各第二凸部７１の断面形状は、第二基板２０から第一基板１０に向かう方向（Ｙ軸マイナス方向）に沿って先細りのテーパ形状である。したがって、各第二凸部７１の一対の側面の各々は、厚み方向に対して所定の傾斜角で傾斜する傾斜面となっており、各第二凸部７１において一対の側面の間隔（第二凸部７１の幅）は、第二基板２０から第一基板１０に向かって漸次小さくなっている。各第一凸部５１の２つの側面の傾斜角は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態において、各第二凸部７１の断面形状は二等辺三角形であり、各第二凸部７１の２つの側面の傾斜角（底角）は同じであるが、好ましくは、配光角度が適切になるように、それぞれ独立して角度が設計される。ほとんどの場合、２つの側面の傾斜角は異なることが多く、所望の角度特性に対して、より正確な特性を得ることができる。
　なお、第一凸部５１及び第二凸部７１のそれぞれの上側の側面の角度及び下側の側面の角度は、全て独立して設計した方がよく、これにより、さらに所望の角度特性に対して、より正確な特性を得ることができる。
　各第一凸部５１の一対の側面は、屈折率可変層６０と接する面であり、第一基板１０から入射した光は、第一凸部５１の一対の側面で光学作用を受ける。
　具体的には、第一凸部５１の一対の側面の各々において、第一基板１０から入射した光は、第一凸部５１と屈折率可変層６０との屈折率差に応じて、屈折して透過したり屈折せずにそのまま透過したり、あるいは、全反射したりする。つまり、第一凸部５１の一対の側面は、第一凸部５１と屈折率可変層６０との屈折率差及び光の入射角に応じて全反射面となりうる。
　また、各第二凸部７１の一対の側面は、屈折率可変層６０と接する面であり、第一基板１０から入射した光は、第二凸部７１の一対の側面で光学作用を受ける。
　具体的には、第二凸部７１の一対の側面の各々において、屈折率可変層６０から入射した光は、第二凸部７１と屈折率可変層６０との屈折率差に応じて、屈折して透過したり屈折せずにそのまま透過したり、あるいは、全反射したりする。つまり、第二凸部７１の一対の側面は、第二凸部７１と屈折率可変層６０との屈折率差及び光の入射角に応じて全反射面となりうる。
　第一凹凸構造５０（第一凸部５１）及び第二凹凸構造７０（第二凸部７１）の材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の透光性を有する樹脂材料を用いることができる。第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０は、例えばレーザ加工又はインプリント等によって形成することができる。本実施の形態において、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０には、屈折率が約１．６の高屈折率のアクリル系樹脂を用いて形成した。
　なお、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０は、第一電極３０及び第二電極４０によって屈折率可変層６０に電界を与えることができさえすれば、絶縁性の樹脂材料のみによって構成されていてもよいが、導電性を有していてもよい。この場合、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の材料は、ＰＥＤＯＴ等の導電性高分子、又は、導電体を含む樹脂（導電体含有樹脂）等を用いることができる。
　［屈折率可変層］
　図１及び図２に示すように、屈折率可変層６０は、絶縁性液体６１と、絶縁性液体６１に含まれるナノ粒子６２とを有する。屈折率可変層６０は、無数のナノ粒子６２が絶縁性液体６１に分散されたナノ粒子分散層である。
　絶縁性液体６１は、絶縁性を有する透明な液体であり、分散質としてナノ粒子６２が分散される分散媒となる溶媒である。絶縁性液体６１としては、例えば、屈折率（溶媒屈折率）が約１．３～約１．５のものを用いることができる。本実施の形態では、屈折率が約１．４の絶縁性液体６１を用いている。
　なお、絶縁性液体６１の動粘度は、１００ｍｍ２／ｓ以下であるとよい。また、絶縁性液体６１は、低誘電率（第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の誘電率以下）であるとよい。つまり、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の誘電率は、絶縁性液体６１の誘電率よりも高い方がよい。また、絶縁性液体６１は、非引火性（引火点が２５０℃以上の高引火点）及び低揮発性を有するとよい。具体的には、絶縁性液体６１は、炭化水素（脂肪族炭化水素、ナフサ、及びその他の石油系溶剤など）、低分子量ハロゲン含有ポリマー、又は、これらの混合物等である。一例として、絶縁性液体６１は、フッ化炭素水素等のハロゲン化炭素水素である。なお、絶縁性液体６１としては、シリコーンオイル等を用いることもできる。
　ナノ粒子６２は、絶縁性液体６１に複数分散されている。ナノ粒子６２は、粒径がナノオーダサイズの微粒子である。具体的には、入射光の波長をλとすると、ナノ粒子６２の粒径は、λ／４以下であるとよい。ナノ粒子６２の粒径をλ／４以下にすることで、ナノ粒子６２での光散乱を少なくして、ナノ粒子６２と絶縁性液体６１との平均的な屈折率を得ることができる。ナノ粒子６２の粒径は、小さいほどよく、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは、数ｎｍ～数十ｎｍである。
　ナノ粒子６２は、高屈折率材料によって構成されているとよい。具体的には、ナノ粒子６２の屈折率は、絶縁性液体６１の屈折率よりも高い。本実施の形態において、ナノ粒子６２の屈折率は、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の屈折率よりも高い。
　ナノ粒子６２としては、金属酸化物微粒子を用いることができる。また、ナノ粒子６２は、透過率が高い材料で構成されているとよい。本実施の形態では、ナノ粒子６２として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）によって構成された屈折率が２．１の透明なジルコニア粒子を用いている。なお、ナノ粒子６２は、酸化ジルコニウムに限らず、酸化チタン等によって構成されていてもよい。
　また、ナノ粒子６２は、帯電している荷電粒子である。例えば、ナノ粒子６２の表面を修飾したり、絶縁性液体６１にナノ粒子６２分散させた後の絶縁性液体６１を含めた屈折率可変層６０全体のＰＨを調整したりすることで、ナノ粒子６２を正（プラス）又は負（マイナス）に帯電させることができる。本実施の形態において、ナノ粒子６２は、正（プラス）に帯電している。
　このように構成された屈折率可変層６０では、帯電したナノ粒子６２が絶縁性液体６１全体に分散されている。本実施の形態では、ナノ粒子６２として屈折率が２．１のジルコニア粒子を用いて、このナノ粒子６２を溶媒屈折率が約１．４の絶縁性液体６１に分散させたものを屈折率可変層６０としている。
　また、屈折率可変層６０全体の屈折率（平均屈折率：Ｎｉｎｉ）は、ナノ粒子６２が屈折率可変層６０（絶縁性液体６１）内に均一に分散された状態において、第一凹凸構造５０の屈折率及び第二凹凸構造７０の屈折率と略同一に設定されており、本実施の形態では、約１．６である。なお、屈折率可変層６０全体の屈折率は、絶縁性液体６１に分散するナノ粒子６２の濃度（量）を調整することによって変えることができる。ナノ粒子６２の量は第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の屈折率（１．６）と同じ屈折率（Ｎｐ）１．６になるようにするとよく、本実施の形態では、屈折率が約１．４（Ｎｓ)の絶縁性液体６１に対するナノ粒子６２の濃度は、約３０体積％（比重が約５程度のナノ粒子６２の場合は、約７０ｗｔ％）である。
　また、屈折率が約１．３～約１．５の絶縁性液体６１を用いた場合、ナノ粒子６２の濃度は、約１５体積％～約４０体積％（同約４５ｗｔ％～約８０ｗｔ％）の範囲となる。
　なお、屈折率変化のダイナミックレンジ（Δｎ）を大きくするためには、ナノ粒子６２の量は多ければ多いほど良いが、少なくとも電圧無印加時にナノ粒子６２が絶縁性液体６１の中で凝集しないようにしなければならない。本実施の形態では、電圧無印加時の屈折率可変層６０の全体の屈折率（Ｎｉｎｉ）が約１．６になるように調整したが、ナノ粒子６２の凝集が起こらなければ、屈折率可変層６０の屈折率は約１．７以上にするとよい。この場合は、絶縁性液体６１の屈折率を約１．３～約１．５にすると、屈折率が２．１のナノ粒子６２の濃度は、約３０体積％～約５０体積％にするとよい。
　ここで、屈折率可変層６０のダイナミックレンジの最大屈折率Ｎｍａｘは、ナノ粒子６２の屈折率をＮｐとし、絶縁性液体６１の屈折率をＮｓとすると、ナノ粒子６２が球状である場合、以下の関係式を満たす。
　Ｎｍａｘ≦｛π×Ｎｐ＋（４－π）×Ｎｓ｝／４
　この場合、ナノ粒子６２の凝集を防ぐために、粒子間距離は大きい方がよいことから、屈折率可変層６０のダイナミックレンジの最大屈折率Ｎｍａｘは、以下の関係式を満たすことがさらによい。
　Ｎｍａｘ≦｛０．８π×Ｎｐ＋（４－０．８π）×Ｎｓ｝／４
　一方、屈折率可変層６０の最小屈折率Ｎｍｉｎは、以下の式となる。
　Ｎｍｉｎ＝Ｎｓ
　本実施の形態において、最大屈折率Ｎｍａｘは約１．８（約６０体積％相当）で、最小屈折率Ｎｍｉｎは、１．４である。
　屈折率可変層６０は、第一凹凸構造５０と第二凹凸構造７０との間に配置されている。具体的には、屈折率可変層６０は第一凹凸構造５０と第二凹凸構造７０とに接している。つまり、屈折率可変層６０における第一凹凸構造５０の凹凸表面との接触面は、屈折率可変層６０と第一凹凸構造５０の凹凸表面との界面である。同様に、屈折率可変層６０における第二凹凸構造７０の凹凸表面との接触面は、屈折率可変層６０と第二凹凸構造７０の凹凸表面との界面である。
　また、屈折率可変層６０は、第一電極３０と第二電極４０との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する。具体的には、屈折率可変層６０は、第一電極３０と第二電極４０との間に配置されており、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されることによって屈折率可変層６０に電界が与えられる。例えば、第一電極３０と第二電極４０との間には直流電圧が印加される。
　絶縁性液体６１中に分散するナノ粒子６２は帯電しているので、屈折率可変層６０に電界が与えられると、ナノ粒子６２は、電界分布にしたがって絶縁性液体６１中を泳動し、絶縁性液体６１内で偏在する。これにより、屈折率可変層６０内のナノ粒子６２の粒子分布が変化して屈折率可変層６０内にナノ粒子６２の濃度分布を持たせることができるので、屈折率可変層６０内の屈折率分布が変化する。つまり、屈折率可変層６０の屈折率が部分的に変化する。このように、屈折率可変層６０は、主に可視光領域の光に対する屈折率を調整することができる屈折率調整層として機能する。
　このように構成される屈折率可変層６０は、第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に配置されている。具体的には、ナノ粒子６２が分散された絶縁性液体６１が第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に封止されている。
　屈折率可変層６０の厚さ（つまり、第一積層基板１００と第二積層基板２００とのギャップ）は、例えば１μｍ～１ｍｍであるが、これに限るものではない。一例として、第一凹凸構造５０の第一凸部５１及び第二凹凸構造７０の第二凸部７１の高さが１０μｍである場合、屈折率可変層６０の厚さは、例えば４０μｍである。
　［光学デバイスの製造方法］
　次に、光学デバイス１の製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。
　まず、第一基板１０として例えばＰＥＴ基板を用いて、ＰＥＴ基板の上に第一電極３０としてＩＴＯ膜を形成し、ＩＴＯ膜の上にアクリル系樹脂（屈折率１．６）によって構成された複数の第一凸部５１からなる第一凹凸構造５０をインプリント法により形成することで第一積層基板１００を作製する。
　次に、第二基板２０として例えばＰＥＴ基板を用いて、ＰＥＴ基板の上に第二電極４０としてＩＴＯ膜を形成し、ＩＴＯ膜の上にアクリル系樹脂（屈折率１．６）によって構成された複数の第二凸部７１からなる第二凹凸構造７０をインプリント法により形成することで第二積層基板２００を作製する。
　次に、第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に、屈折率可変層６０として、ナノ粒子６２が分散された絶縁性液体６１を充填するとともに、第一積層基板１００と第二積層基板２００との外周部分を接合することで第一積層基板１００と第二積層基板２００との間に屈折率可変層６０を封止する。
　このようにして、図１に示される構造の光学デバイス１を製造することができる。
　［光学デバイスの光学作用］
　次に、第一の実施の形態に係る光学デバイス１の光学作用について、図３Ａ図３Ｂ及び図３Ｃを用いて説明する。図３Ａは、第一の実施の形態に係る光学デバイス１の第一光学作用を説明するための図であり、図３Ｂは、同光学デバイス１の第二光学作用を説明するための図であり、図３Ｃは、同光学デバイス１の第三光学作用を説明するための図である。
　光学デバイス１は、例えば建物の窓に設置することによって配光制御機能付き窓として実現することができる。光学デバイス１は、例えば、粘着層を介して建物の窓に貼り合わされる。この場合、第一凹凸構造５０の第一凸部５１の長手方向が水平方向となるように光学デバイス１を窓に設置する。窓に設置された光学デバイス１には、例えば太陽光が入射する。本実施の形態では、第一基板１０が光入射側（建物の外側）に位置するように光学デバイス１を設置しているので、光学デバイス１は、第一基板１０から入射した光（太陽光）を透過して、第二基板２０から光学デバイス１の建物の内側（例えば室内）に出射させることができる。
　このとき、光学デバイス１に入射した光は、光学デバイス１を透過する際に光学デバイス１から光学作用を受ける。具体的には、光学デバイス１は、屈折率可変層６０の屈折率の変化によって光学作用が変化する。このため、光学デバイス１に入射した光は、屈折率可変層６０の屈折率に応じて異なる光学作用を受けることになり、屈折率可変層６０の屈折率に応じて進行方向が制御される。
　本実施の形態において、光学デバイス１は、第一電極３０と第二電極４０との間に印加される電圧に応じて、光学デバイス１に入射する光の進行方向を制御することができる。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間に印加される電圧に応じて、屈折率可変層６０（ナノ粒子分散層）におけるナノ粒子６２の粒子分布が変化し、これにより、屈折率可変層６０の屈折率が部分的に変化する。この結果、光学デバイス１の光学作用が変化する。本実施の形態における光学デバイス１は、３つの光学作用を有する。以下、光学デバイス１の３つの光学作用について詳細に説明する。
　まず、図３Ａを用いて、光学デバイス１の第一光学作用を説明する。第一電極３０及び第二電極４０に電位が与えられていない場合、つまり、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合（電圧無印加時の場合）、光学デバイス１は、第一光学モードとなり、入射した光に対して第一光学作用を与える。
　第一光学モードでは、屈折率可変層６０に電界が与えられないので、図３Ａに示すように、屈折率可変層６０において、ナノ粒子６２は、絶縁性液体６１全体にわたって分散された状態となる。このとき、本実施の形態では、上記のように、ナノ粒子６２が絶縁性液体６１全体に分散された状態での屈折率可変層６０の屈折率は、図３Ａに示すように屈折率可変層６０全体で一様（一定）で、約１．６（Ｎｉｎｉ）である。また、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の屈折率が約１．６（Ｎｐ）である。したがって、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合（第一光学モードの場合）、屈折率可変層６０全体の屈折率が第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の屈折率と略同一となる。この結果、第一凹凸構造５０（第一凸部５１）及び第二凹凸構造７０（第二凸部７１）と屈折率可変層６０との間の屈折率差がほぼなくなる（屈折率差Δｎ≒０）。
　この場合、図３Ａに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌ１が入射すると、第一凹凸構造５０（第一凸部５１）及び第二凹凸構造７０（第二凸部７１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差がないので、光学デバイス１に入射した光Ｌ１は、屈折率可変層６０と第一凸部５１（第二凸部７１）の側面との界面では屈折されずに進行方向が変わらない。このため、第一光学モードでは、光学デバイス１に入射した光Ｌ１は、光学デバイス１で進行方向が曲げられることなく、光学デバイス１内をそのまま直進して光学デバイス１の外部に出射する。
　このように、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合、光学デバイス１は、第一基板１０に入射された光を直進させて第二基板２０を透過させる。つまり、第一光学モードは透明モードであり、第一光学モードにおいて、光学デバイス１は透明状態になっている。この場合、第一基板１０に入射した光は、光学デバイス１によって配光されることなく直進透過して第二基板２０から出射する。
　なお、詳細は図示していないが、第一基板１０の入射光側の界面、第一基板１０と第一電極３０との界面、又は第二電極４０と第二基板２０、第二基板２０の出射光側の界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、第一基板１０から入射した光は、その界面で屈折することになる。ただし、各部材の表面が全て平行な面であり、光学デバイス１の入射側と出射側の媒体（本実施の形態では空気）が同じである場合には、第一基板１０から入射して第二基板２０から出射する光は、第一光学モード（透明モード）においては、第一基板１０に入射するときの入射角と第二基板２０から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、進行方向の角度は同じであり変化しない。
　また、第一光学モードにおいて、屈折率可変層６０全体の屈折率と第一凹凸構造５０（及び／又は第二凹凸構造７０）の屈折率とが略同一とは、屈折率可変層６０と第一凹凸構造５０（及び／又は第二凹凸構造７０）との屈折率差が０．０１以下、より好ましくは０．００５以下のことである（Δｎ≦０．００５）。屈折率可変層６０と第一凹凸構造５０（及び／又は第二凹凸構造７０）の屈折率差が０．００５を超えると、屈折率可変層６０と第一凹凸構造５０（及び／又は第二凹凸構造７０）との界面で光が散乱し、ヘイズが発生するおそれがある。　
　次に、図３Ｂを用いて、光学デバイス１の第二光学作用を説明する。第一電極３０及び第二電極４０に電位が与えられた場合、つまり、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加された場合（第一電圧印加時の場合）、光学デバイス１は、第二光学モードとなり、入射した光に対して第二光学作用を与える。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間には直流電圧が印加される。第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧（電位差）は、例えば数Ｖ～数十Ｖ程度である。
　第二光学モードでは、第一電極３０と第二電極４０との間に直流電圧が印加されることで屈折率可変層６０に電界が与えられるので、屈折率可変層６０では、帯電したナノ粒子６２がその電界分布にしたがって絶縁性液体６１内を泳動する。つまり、ナノ粒子６２は、絶縁性液体６１内を電気泳動する。
　具体的には、第二光学モードでは、第一電極３０にマイナス電位が印加され、第二電極４０にプラス電位が印加されるので、プラスに帯電したナノ粒子６２は、第一電極３０に向かって泳動し、屈折率可変層６０内の第一凹凸構造５０側に凝集されて偏在する。このとき、第一電極３０に向かって泳動するナノ粒子６２は、第一凹凸構造５０の凹部、つまり隣り合う２つの第一凸部５１の間の領域に入り込んで集積していく。
　このように、ナノ粒子６２が屈折率可変層６０内の第一凹凸構造５０側に偏在することで、ナノ粒子６２の粒子分布が変化し、屈折率可変層６０内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層６０内には、ナノ粒子６２全体の泳動によりナノ粒子６２が集まってきてナノ粒子６２の濃度が高くなった第一凹凸構造５０側の第一領域６０ａ１（高濃度領域）と、ナノ粒子６２全体の泳動によりナノ粒子６２が無くなっていってナノ粒子６２の濃度が低くなった第二凹凸構造７０側の第二領域６０ａ２（低濃度領域）と、第一領域６０ａ１と第二領域６０ａ２との間の第三領域６０ｂ（中間領域）とが発生し、第一領域６０ａ１と第二領域６０ａ２と第三領域６０ｂとで図３Ｂに示すような屈折率分布が生じる。
　この場合、ナノ粒子６２の屈折率が絶縁性液体６１の屈折率よりも高いので、屈折率可変層６０の第一凹凸構造５０側の第一領域６０ａ１の屈折率は、屈折率可変層６０の第二凹凸構造７０側の第二領域６０ａ２の屈折率及び第三領域６０ｂよりも高くなる。
　本実施の形態では、上記のように、屈折率が２．１のジルコニア粒子からなるナノ粒子６２を溶媒屈折率が約１．４の絶縁性液体６１に分散させることで屈折率可変層６０が構成されており、電圧無印加時の屈折率可変層６０全体の屈折率が約１．６であるので、電圧印加時において、屈折率可変層６０の第一凹凸構造５０側の第一領域６０ａ１の屈折率は厚み方向に約１．８～約１．７で分布し、また、屈折率可変層６０の第二凹凸構造７０側の第二領域６０ａ２の屈折率は厚み方向に約１．５～約１．４で分布し、第三領域６０ｂの屈折率は厚み方向に約１．７～約１．５で分布する。
　これにより、上記のように、第一凹凸構造５０の屈折率は約１．６であるので、第二光学モードの場合（第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されている場合）、第一凹凸構造５０の屈折率（約１．６）と屈折率可変層６０の第一凹凸構造５０側の第一領域６０ａ１の屈折率（約１．７～約１．８）との間には屈折率差が生じる。
　この場合、図３Ｂに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌ１が入射すると、第一凹凸構造５０（第一凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、光Ｌ１は、屈折率可変層６０と第一凸部５１の下側の側面との界面で屈折してから、屈折率可変層６０と第一凸部５１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられる。
　また、第二凹凸構造７０（第二凸部７１）と屈折率可変層６０との界面にも屈折率差があるので、第一凸部５１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で全反射した光Ｌ１は、屈折率可変層６０と第二凸部７１の下側の側面との界面で屈折してから、屈折率可変層６０と第二凸部７１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光学デバイス１に入射した光Ｌ１は、光学デバイス１によって配光される。
　ここで、屈折率可変層６０内の屈折率分布は、図３Ｂに示すようなシグモイド関数的な分布となる。したがって、第一凹凸構造５０側の第一領域６０ａ１及び第二凹凸構造７０側の第二領域６０ａ２の厚み（すなわち、第一凹凸構造５０の第一凸部５１及び第二凹凸構造７０の第二凸部７１の高さ）よりも、第三領域６０ｂの厚みの方を大きくすることによって、第一凹凸構造５０側の第一領域６０ａ１及び第二凹凸構造７０側の第二領域６０ａ２の厚み方向の屈折率の変化がさらに少なくなり、さらに安定した屈折率分布となる。これにより、配光の指向性をさらに向上させることができる。
　言い換えれば、第三領域６０ｂの厚さを、第一凸部５１の高さ又は第二凸部７１の高さよりも大きくする。さらに望ましくは、第三領域６０ｂの厚さは、第一凸部５１の高さに第二凸部７１の高さを加えた値の２倍以上にするとよい。これにより、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の高さ方向に亘って屈折率の変化がさらに少なくなり、屈折率分布をより安定させることができる。したがって、配光の指向性を一層向上させることができる。
　なお、第三領域６０ｂでは、ナノ粒子６２の濃度が変化して屈折率が変化するが、第三領域６０ｂには屈折率が異なる構造物が存在しないので、第三領域６０ｂの範囲において、入射光Ｌ１は、屈折のみし、反射したり散乱したりしない。
　このように、第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧が印加されている場合、光学デバイス１は、第一基板１０に入射する光を配光して第二基板２０を透過させる。つまり、第二光学モードは配光モード（第一配光モード）であり、第二光学モードにおいて、光学デバイス１は配光状態（第一配光状態）になっている。この場合、第一基板１０に入射した光は、上記のように、光学デバイス１の第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０で反射させられて進行方向が変化して第二基板２０から出射する。
　なお、詳細は図示していないが、第二光学モードの場合も、第一基板１０の入射光側の界面、第一基板１０と第一電極３０との界面、又は第二電極４０と第二基板２０、第二基板２０の出射光側の界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、上記同様に、第一基板１０から入射した光は、その界面で屈折することになる。
　また、第一電極３０と第二電極４０とに印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、ナノ粒子６２は絶縁性液体６１内を泳動し、図３Ａに示すように、ナノ粒子６２が絶縁性液体６１全体にわたって均一に分散された状態に戻る。
　次に、図３Ｃを用いて、光学デバイス１の第三光学作用を説明する。第一電極３０及び第二電極４０に、第二光学モードのときとは異なる電位が与えられた場合、つまり、第一電極３０と第二電極４０との間に、第一電圧とは異なる第二電圧が印加された場合（第二電圧印加時の場合）、光学デバイス１は、第三光学モードとなり、入射した光に対して第三光学作用を与える。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間には、第二電圧として、第二光学モードのときの直流電圧とは逆バイアス（逆極性）となる直流電圧が印加される。第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧（電位差）は、例えば数Ｖ～数十Ｖ程度である。
　第三光学モードでは、第一電極３０と第二電極４０との間に第二光学モードのときとは逆極性の直流電圧が印加されることで屈折率可変層６０に電界が与えられるので、屈折率可変層６０では、帯電したナノ粒子６２がその電界分布にしたがって絶縁性液体６１内を泳動する。つまり、ナノ粒子６２は、絶縁性液体６１内を電気泳動する。
　具体的には、第三光学モードでは、第一電極３０にプラス電位が印加され、第二電極４０にマイナス電位が印加されるので、プラスに帯電したナノ粒子６２は、第二電極４０に向かって泳動し、屈折率可変層６０内の第二凹凸構造７０側に凝集されて偏在する。このとき、第二電極４０に向かって泳動するナノ粒子６２は、第二凹凸構造７０の凹部、つまり隣り合う２つの第二凸部７１の間の領域に入り込んで集積していく。
　このように、ナノ粒子６２が屈折率可変層６０内の第二凹凸構造７０側に偏在することで、ナノ粒子６２の粒子分布が変化し、屈折率可変層６０内の屈折率分布が一様ではなくなる。具体的には、屈折率可変層６０内には、ナノ粒子６２全体の泳動によりナノ粒子６２が集まってきてナノ粒子６２の濃度が高くなった第二凹凸構造７０側の第一領域６０ａ１（高濃度領域）と、ナノ粒子６２全体の泳動によりナノ粒子６２が無くなっていってナノ粒子６２の濃度が低くなった第一凹凸構造５０側の第二領域６０ａ２（低濃度領域）と、第一領域６０ａ１と第二領域６０ａ２との間の第三領域６０ｂ（中間領域）とが発生し、第一領域６０ａ１と第二領域６０ａ２と第三領域６０ｂとで図３Ｃに示すような屈折率分布が生じる。
　この場合、ナノ粒子６２の屈折率が絶縁性液体６１の屈折率よりも高いので、屈折率可変層６０の第二凹凸構造７０側の第一領域６０ａ１の屈折率は、屈折率可変層６０の第一凹凸構造５０側の第二領域６０ａ２の屈折率及び第三領域６０ｂよりも高くなる。
　本実施の形態では、上記のように、屈折率が２．１のジルコニア粒子からなるナノ粒子６２を溶媒屈折率が約１．４の絶縁性液体６１に分散させることで屈折率可変層６０が構成されており、電圧無印加時の屈折率可変層６０全体の屈折率が約１．６であるので、電圧印加時において、屈折率可変層６０の第二凹凸構造７０側の第一領域６０ａ１の屈折率は厚み方向に約１．８～約１．７で分布し、また、屈折率可変層６０の第一凹凸構造５０側の第二領域６０ａ２の屈折率は厚み方向に約１．５～約１．４で分布し、第三領域６０ｂの屈折率は厚み方向に約１．７～約１．５で分布する。
　これにより、上記のように、第二凹凸構造７０の屈折率は約１．６であるので、第二光学モードの場合（第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されている場合）、第二凹凸構造７０の屈折率（約１．６）と屈折率可変層６０の第二凹凸構造７０側の第一領域６０ａ１の屈折率（約１．７～約１．８）との間には屈折率差が生じる。
　この場合、図３Ｃに示すように、光学デバイス１に対して斜め方向から光Ｌ１が入射すると、第一凹凸構造５０（第一凸部５１）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、光Ｌ１は、屈折率可変層６０と第一凸部５１の下側の側面と屈折率可変層６０との界面で全反射してから、屈折率可変層６０と第一凸部５１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられる。
　また、第二凹凸構造７０（第二凸部７１）と屈折率可変層６０との界面にも屈折率差があるので、第一凸部５１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折した光Ｌ１は、屈折率可変層６０と第二凸部７１の下側の側面と屈折率可変層６０との界面で全反射してから、屈折率可変層６０と第二凸部７１の上側の側面と屈折率可変層６０との界面で屈折し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス１の外部に出射する。つまり、光学デバイス１に入射した光Ｌ１は、光学デバイス１によって、第一配光モードとは違った角度に配光する。
　ここで、屈折率可変層６０内の屈折率分布は、図３Ｃに示すようなシグモイド関数的な分布となる。したがって、第一凹凸構造５０側の第二領域６０ａ２及び第二凹凸構造７０側の第二領域６０ａ２の厚み（すなわち、第一凹凸構造５０の第一凸部５１及び第二凹凸構造７０の第二凸部７１の高さ）よりも、第三領域６０ｂの厚みの方を大きくすることによって、第一凹凸構造５０側の第二領域６０ａ２及び第二凹凸構造７０側の第一領域６０ａ１の厚み方向の屈折率の変化がさらに少なくなり、さらに安定した屈折率分布となる。これにより、配光の指向性をさらに向上させることができる。
　言い換えれば、第三領域６０ｂの厚さを、第一凸部５１の高さ又は第二凸部７１の高さよりも大きくする。さらに望ましくは、第一凸部５１の高さに第二凸部７１の高さを加えた値の２倍以上にするとよい。これにより、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の高さ方向に亘って屈折率の変化がさらに少なくなり、屈折率分布をより安定させることができる。したがって、配光の指向性を一層向上させることができる。
　なお、第三領域６０ｂでは、ナノ粒子６２の濃度が変化して屈折率が変化するが、第三領域６０ｂには屈折率が異なる構造物が存在しないので、第三領域６０ｂの範囲において、入射光Ｌ１は、屈折のみし、反射したり散乱したりしない。
　このように、第一電極３０と第二電極４０との間に第二電圧が印加されている場合、光学デバイス１は、第一基板１０に入射する光を配光して第二基板２０を透過させる。つまり、第三光学モードは配光モード（第二配光モード）であり、第三光学モードにおいて、光学デバイス１は配光状態（第二配光状態）になっている。この場合、第一基板１０に入射した光は、上記のように、光学デバイス１の第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０で反射させられて進行方向が変化して、第一配光モードとは違った角度に第二基板２０から出射する。
　なお、詳細は図示していないが、第二光学モードの場合も、第一基板１０の入射光側の界面、第一基板１０と第一電極３０との界面、又は第二電極４０と第二基板２０、第二基板２０の出射光側の界面等、各部材間の界面で屈折率差が存在する箇所においては、上記同様に、第一基板１０から入射した光は、その界面で屈折することになる。
　また、第一電極３０と第二電極４０とに印加する電位をゼロにして電圧無印加状態にすると、ナノ粒子６２は絶縁性液体６１内を泳動し、図３Ａに示すように、ナノ粒子６２が絶縁性液体６１全体にわたって均一に分散された状態に戻る。
　以上のように構成される光学デバイス１は、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０と屈折率可変層６０との屈折率マッチングを電界によって制御することで光学作用を変化させることができるアクティブ型の光学制御デバイスである。つまり、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧を制御することによって、光学デバイス１を複数の光学モードに切り替えることができる。本実施の形態では、光学デバイス１を第一光学モード（透明モード）、第二光学モード（第一配光モード）及び第三光学モード（第二配光モード）の３つのモードに切り替えることができる。
　なお、第一電極３０と第二電極４０との間に印加する電圧によって生成される電界は、誘電率が低い方に付与されやすい。このため、第一凹凸構造５０（第一凸部５１）及び第二凹凸構造７０（第二凸部７１）の誘電率は、屈折率可変層６０の絶縁性液体６１の誘電率よりも大きい方がよい。つまり、第一凹凸構造５０（第一凸部５１）及び第二凹凸構造７０（第二凸部７１）に対して絶縁性液体６１の誘電率が低い方がよい。これにより、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の方に電界がくわれてしまうことを抑制できる。
　［まとめ］
　以上、本実施の形態に係る光学デバイス１によれば、第一電極３０と第二電極４０との間に第一凹凸構造５０、第二凹凸構造７０及び屈折率可変層６０が配置されており、屈折率可変層６０として、帯電したナノ粒子６２が分散された絶縁性液体６１（ナノ粒子分散層）を用いている。
　この構成により、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧を印加することでナノ粒子６２が絶縁性液体６１内を泳動するので、屈折率可変層６０の屈折率を変化させることができる。具体的には、屈折率可変層６０におけるナノ粒子６２の粒子分布が変化して、屈折率可変層６０の屈折率分布が変化する。これにより、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０と屈折率可変層６０との屈折率差が変化するので、光学デバイス１に入射する光の進行方向を制御することができる。
　本実施の形態では、ナノ粒子６２として高屈折率材料を用いている。具体的には、ナノ粒子６２の屈折率を絶縁性液体６１の屈折率よりも高くしている。より具体的には、ナノ粒子６２の屈折率を第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の屈折率よりも高くしている。
　そして、光学デバイス１では、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合（電圧無印加時）において、屈折率可変層６０の屈折率は、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の屈折率と略同一となっている。したがって、電圧無印加時では、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０と屈折率可変層６０との間に屈折率差がなくなり、光学デバイス１は、透明モードとなって、第一基板１０に入射された光を直進させて第二基板２０を透過させる。
　また、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されると、絶縁性液体６１よりも屈折率が高いナノ粒子６２が第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０のいずれか一方に向かって泳動して偏在する。これにより、ナノ粒子６２の濃度が高くなって高屈折率領域となる第一領域６０ａ１と、ナノ粒子６２の濃度が低くなって低屈折率領域となる第二領域６０ａ２と、第一領域６０ａ１と第二領域６０ａ２との間の中間領域である第三領域６０ｂとで、シグモイド関数的な屈折率分布を発生させることができる。したがって、電圧印加時では、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０と屈折率可変層６０との間に屈折率差が生じ、光学デバイス１は、２種類の配光モードとなって、第一基板１０に入射する光を配光して第二基板２０を透過させる。
　このように構成される本実施の形態における光学デバイス１は、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０と屈折率可変層６０との屈折率差（Δｎ）を大きくすることができるので、配光制御範囲を大きくすることができる。
　例えば、屈折率可変層が液晶層である場合は、屈折率可変層（液晶層）は、１．５～１．７の範囲内でしか屈折率が変化しないので、屈折率可変層と凹凸構造との屈折率を略同一とする場合には、凹凸構造の屈折率を１．５～１．７の範囲でしか設定することができず、凹凸構造と屈折率可変層との最大の屈折率差は０．２にとどまる。
　これに対して、本実施の形態における光学デバイス１では、屈折率可変層６０が屈折率２．１のナノ粒子６２と溶媒屈折率約１．４の絶縁性液体６１とによって構成されているので、屈折率可変層６０は、部分的に、１．４～１．８の範囲で屈折率を変化させることが可能となる。これにより、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の屈折率も１．４～１．８の範囲で設定することができ、屈折率が１．４～１．８の第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０との最大の屈折率差を０．４にまで拡大することができる。
　このように、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０と屈折率可変層６０との屈折率差が大きくなることで、光学デバイス１に入射した光が第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０で反射するときの角度を大きくしたり小さくしたりすることができる範囲（配光制御範囲）を拡大させることができる。つまり、配光角度のダイナミックレンジを拡大させることができる。
　また、本実施の形態における光学デバイス１は、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、配光率を向上させることができる。つまり、液晶層は、複屈折性を有する液晶分子によって構成されているので、液晶層を用いた光学デバイスでは、Ｓ波及びＰ波のいずれかしか配光させることができない。これに対して、絶縁性液体６１及びナノ粒子６２は、Ｓ波及びＰ波に対して無依存であるので、本実施の形態における光学デバイス１は、Ｓ波及びＰ波のいずれに対しても配光させることができる。したがって、本実施の形態における光学デバイス１は、液晶層を用いた光学デバイスに対して、配光率が２倍になる。
　以上のように、本実施の形態における光学デバイス１によれば、屈折率可変層が液晶層である光学デバイスと比べて、配光制御範囲を大きくすることができるとともに、配光率を向上させることができる。したがって、優れた配光性能を有する光学デバイスを実現できる。
　また、光学デバイス１が配光モードのときに第一凹凸構造５０の第一凸部５１又は第二凹凸構造７０の第二凸部７１の片側の側面の全面を反射面にするために、偏在させるナノ粒子６２は、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の凹部（隣り合う２つの第一凸部５１（又は第二凸部７１）の間の領域）の全てを埋めるように存在する、又は、全て無くなるようにするとよい。つまり、ナノ粒子６２が第一凸部５１及び第二凸部７１の頂点にまで存在する、又は、全くないようにするとよい。この場合、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の凹部の全てを埋めるために、又は全て無くすのに必要なナノ粒子６２の量は、第一凹凸構造５０及び第二凹凸構造７０の高さ及び屈折率可変層６０の厚さに応じて、絶縁性液体６１におけるナノ粒子６２の濃度を調整して決定すればよい。
　（第二の実施の形態）
　次に、第二の実施の形態に係る光学デバイス１Ａについて、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、第二の実施の形態に係る光学デバイス１Ａの第一光学作用を説明するための図であり、図４Ｂは、同光学デバイス１Ａの第二光学作用を説明するための図であり、図４Ｃは、同光学デバイス１Ａの第三光学作用を説明するための図である。
　図４Ａ～図４Ｃに示すように、本実施の形態における光学デバイス１Ａは、第一基板１０と、第二基板２０と、第一電極３０と、第二電極４０と、第一凹凸構造５０Ａと、屈折率可変層６０と、第二凹凸構造７０Ａとを備える。
　光学デバイス１Ａにおいて、第一基板１０、第一電極３０及び第一凹凸構造５０Ａは、第一積層基板１００Ａを構成し、第二基板２０、第二電極４０及び第二凹凸構造７０Ａは、第二積層基板２００を構成している。
　本実施の形態に係る光学デバイス１Ａが上記第一の実施の形態に係る光学デバイス１と異なる点は第一凹凸構造（第一凸部）及び第二凹凸構造（第二凸部）の屈折率である。
　具体的には、上記第一の実施の形態における第一凹凸構造５０（第一凸部５１）の屈折率が約１．６であったのに対して、本実施の形態における第一凹凸構造５０Ａ（第一凸部５１Ａ）の屈折率は約１．４である。一例として、第一凹凸構造５０Ａ（第一凸部５１Ａ）は、屈折率が約１．４の低屈折率のアクリル系樹脂を用いて形成することができる。
　また、上記第一の実施の形態における第二凹凸構造７０（第二凸部７１）の屈折率が約１．６であったのに対して、本実施の形態における第二凹凸構造７０Ａ（第二凸部７１Ａ）の屈折率は約１．８である。一例として、第二凹凸構造７０Ａ（第二凸部７１Ａ）は、屈折率が約１．８の高屈折率のアクリル系樹脂を用いて形成することができる。
　次に、本実施の形態に係る光学デバイス１Ａの光学作用について、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを用いて説明する。
　本実施の形態における光学デバイス１Ａも第一の実施の形態における光学デバイス１と同様に、３つの光学作用を有する。以下、光学デバイス１Ａの３つの光学作用について詳細に説明する。
　まず、図４Ａを用いて、光学デバイス１Ａの第一光学作用を説明する。
　第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合（電圧無印加時の場合）、光学デバイス１Ａは、第一光学モードとなり、入射した光に対して第一光学作用を与える。
　第一光学モードでは、屈折率可変層６０に電界が与えられないので、図４Ａに示すように、屈折率可変層６０において、ナノ粒子６２は、絶縁性液体６１全体にわたって分散された状態である。
　ここで、本実施の形態では、上記のように、ナノ粒子６２が絶縁性液体６１全体に分散された状態での屈折率可変層６０の屈折率は、図４Ａに示すように屈折率可変層６０全体で一様（一定）で、約１．６（Ｎｉｎｉ）である。また、第一凹凸構造５０Ａの屈折率（Ｎｐ１）が約１．４で、第二凹凸構造７０Ａの屈折率（Ｎｐ２）が約１．８である。
　したがって、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていない場合（電圧無印加の場合）、第一凹凸構造５０Ａ及び第二凹凸構造７０Ａと屈折率可変層６０との間には屈折率差が生じている。
　この場合、図４Ａに示すように、光学デバイス１Ａに対して斜め方向から光Ｌ１が入射すると、第一凹凸構造５０Ａ（第一凸部５１Ａ）及び第二凹凸構造７０Ａ（第二凸部７１Ａ）と屈折率可変層６０との界面には屈折率差があるので、屈折率可変層６０と第一凸部５１Ａの下側の側面との界面で屈折してから、屈折率可変層６０と第一凸部５１Ａの上側の側面との界面で全反射して跳ね返る方向に進行方向が曲げられ、その後、屈折率可変層６０と第二凸部７１Ａの下側の側面との界面で屈折してから、屈折率可変層６０と第二凸部７１Ａの上側の側面との界面で全反射し、第二基板２０を透過して光学デバイス１Ａの外部に出射する。つまり、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌ１は、進行方向が曲げられて光学デバイス１Ａの外部に出射する。
　このように、本実施の形態では、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されていなくても、光学デバイス１Ａは、第一基板１０に入射する光を配光させることができる。つまり、電圧無印加状態の第一光学モードは、配光モード（第一配光モード）であり、第一光学モードにおいて、光学デバイス１Ａは配光状態になっている。
　次に、図４Ｂを用いて、光学デバイス１Ａの第二光学作用を説明する。
　第一電極３０及び第二電極４０に電位が与えられた場合、つまり、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加された場合（第一電圧印加時の場合）、光学デバイス１Ａは、第二光学モードとなり、入射した光に対して第二光学作用を与える。
　具体的には、第二光学モードでは、第一電極３０にマイナス電位が印加され、第二電極４０にプラス電位が印加される。これにより、プラスに帯電したナノ粒子６２は、第一電極３０に向かって泳動するので、屈折率可変層６０内には、上記第一の実施の形態における第一電圧印加時（図３Ｂ）と同様の屈折率分布が生じる。
　ここで、本実施の形態では、第一凹凸構造５０Ａの屈折率が約１．４であるので、屈折率可変層６０の第一凹凸構造５０Ａ側の第一領域６０ａ１の屈折率（約１．７～約１．８）と第一凹凸構造５０Ａの屈折率との間には屈折率差が生じる。また、第二凹凸構造７０Ａの屈折率が約１．８であるので、屈折率可変層６０の第二凹凸構造７０Ａ側の第二領域６０ａ２の屈折率（約１．５～約１．４）と第二凹凸構造７０Ａの屈折率との間にも屈折率差が生じる。
　この場合、図４Ｂに示すように、光学デバイス１Ａに対して斜め方向から入射した光Ｌ１は、屈折率可変層６０と第一凸部５１Ａの下側の側面との界面で屈折してから、屈折率可変層６０と第一凸部５１Ａの上側の側面との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられ、その後、屈折率可変層６０と第二凸部７１Ａの上側の側面との界面で屈折してから、屈折率可変層６０と第二凸部７１Ａの下側の側面との界面で全反射し、跳ね返る方向に進行方向が曲げられて光学デバイス１Ａの外部に出射する。つまり、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌ１は、光学デバイス１Ａによって配光される。ただし、第二光学モードでは、第一光学モードの場合とは異なる角度で配光している。
　このように、第一電極３０と第二電極４０との間に電圧が印加されている場合、光学デバイス１Ａは、第一基板１０に入射する光を配光して第二基板２０を透過させる。つまり、第二光学モードは配光モード（第二配光モード）であり、第二光学モードにおいて、光学デバイス１Ａは配光状態（第二配光状態）になっている。
　なお、本実施の形態において、第一凹凸構造５０Ａの屈折率が約１．４であるので、屈折率可変層６０の第一凹凸構造５０Ａ側の第一領域６０ａ１の屈折率（約１．７～約１．８）と第一凹凸構造５０Ａとの間には第一の実施の形態の約２倍（Δｎ＝０．４）の屈折率差が生じている。同様に、第二凹凸構造７０Ａの屈折率が約１．８であるので、屈折率可変層６０の第二凹凸構造７０Ａ側の第二領域６０ａ２の屈折率（約１．５～約１．４）と第二凹凸構造７０Ａとの間にも、第一の実施の形態の約２倍（Δｎ＝０．４）の屈折率差が生じている。
　このように、本実地の形態では、第一凹凸構造５０Ａと第二凹凸構造７０Ａとの屈折率を異ならせることにより、本実施の形態における第二配光モードでは、光Ｌ１が光学デバイス１Ａで受ける光学的な作用が、第一の実施の形態の第一配光モードの約２×２＝４倍となり、配光角度の制御範囲（ダイナミックレンジ）を大幅に向上させることができる。
　次に、図４Ｃを用いて、光学デバイス１Ａの第三光学作用を説明する。
　第一電極３０及び第二電極４０に第二光学モードのときとは異なる電位が与えられた場合、つまり、第一電極３０と第二電極４０との間に第一電圧とは異なる第二電圧が印加された場合（第二電圧印加時の場合）、光学デバイス１Ａは、第三光学モードとなり、入射した光に対して第三光学作用を与える。具体的には、第一電極３０と第二電極４０との間には、第二電圧として、第二光学モードのときの直流電圧とは逆バイアス（逆極性）となる直流電圧が印加される。
　第三光学モードでは、第一電極３０にプラス電位が印加され、第二電極４０にマイナス電位が印加される。これにより、プラスに帯電したナノ粒子６２は、第二電極４０に向かって泳動するので、屈折率可変層６０内には、第一の実施の形態の第一電圧印加時（図３Ｃ）と同様の屈折率分布が生じる。
　ここで、本実施の形態では、第一凹凸構造５０Ａの屈折率が約１．４であるので、屈折率可変層６０の第一凹凸構造５０Ａ側の第一領域６０ａ１の屈折率（約１．５～約１．４）と第一凹凸構造５０Ａの屈折率との間には屈折率が無くなる。また、第二凹凸構造７０Ａの屈折率が約１．８であるので、屈折率可変層６０の第二凹凸構造７０Ａ側の第二領域６０ａ２の屈折率（約１．７～約１．８）と第二凹凸構造７０の屈折率との間にも屈折率差が無くなる。すなわち、第一凹凸構造５０Ａ（第一凸部５１Ａ）及び第二凹凸構造７０Ａ（第二凸部７１Ａ）と屈折率可変層６０との間の屈折率差がほぼなくなる（屈折率差Δｎ≒０）。
　この場合、図４Ｃに示すように、光学デバイス１Ａに対して斜め方向から光Ｌ１が入射すると、光Ｌ１は、屈折も全反射もされずに進行方向が変わらない。このため、第三光学モードでは、光学デバイス１Ａに入射した光Ｌ１は、光学デバイス１Ａで進行方向が曲げられることなく、光学デバイス１Ａ内をそのまま直進して光学デバイス１Ａの外部に出射する。
　すなわち、本実施の形態において、第三光学モードは、透明モードであり、第一基板１０に入射するときの入射角と第二基板２０から出射するときの出射角とは同じになる。つまり、進行方向の角度は同じであり変化しない。
　以上のように、本実施の形態に係る光学デバイス１Ａによれば、上記第一の実施の形態における光学デバイス１と同様の効果を奏する。
　しかも、本実施の形態における光学デバイス１Ａは、上記第一の実施の形態とは異なり、第一電極３０及び第二電極４０に電圧を印加しない場合でも、光学デバイス１Ａを配光状態にすることができる。これにより、より安定した屈折率分布での配光状態を実現することができるので、配光の指向性がより向上するとともに、配光率の向上を図ることができる。
　さらに、第一凹凸構造５０Ａ及び第二凹凸構造７０Ａと屈折率可変層６０との屈折率差を広げることができるので、配光角度の制御範囲（ダイナミックレンジ）を大幅に向上させることもできる。具体的には、配光角度の制御範囲を４倍にすることができる。
　（変形例）
　以上、本発明に係る光学デバイスについて、第一及び第二の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記第一及び第二の実施の形態において、ナノ粒子６２はプラスを帯電させたが、これに限らない。つまり、ナノ粒子６２をマイナスに帯電させてもよい。この場合、上記第一及び第二の上記実施の形態において、第一電極３０、第二電極４０に印加する電圧は、全て逆極性の関係となるようにする。
　また、上記第一及び第二の実施の形態において、第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）は、断面形状が三角形の長尺状の三角柱であったが、これに限らない。例えば、第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）は、断面形状が略台形の長尺状の略四角柱であってもよい。また、第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）の側面の断面形状は、直線に限らず、曲線又は鋸状であってもよい。さらに、第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）は、複数の凸部５１の各々は、Ｘ軸方向に直線状に延在する場合に限らず、曲線状、波状または鋸状であっても良く、また、Ｘ軸方向に延在する１本の長尺状部材に限らず、Ｘ軸方向に部分的に分断されていてもよい。この場合、複数の凸部５１は、Ｘ軸方向に沿ってドット状に形成されていてもよい。
　また、上記第一及び第二の実施の形態において、複数の第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び複数の第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）は、互いに分離して形成されていたが、これに限らない。例えば、複数の第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び／又は複数の第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）は、根元で互いに連結されていてもよい。この場合、複数の第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び／又は複数の第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）を連結する連結層は、意図的に残すように形成されていてもよいし、残膜によって形成されていてもよい。
　また、上記第一及び第二の実施の形態において、複数の第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び複数の第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）の高さは、一定としたが、これに限るものではない。例えば、複数の第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び複数の第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）の高さがランダムに異なっていてもよい。あるいは、複数の第一凸部５１（第一凸部５１Ａ）及び複数の第二凸部７１（第二凸部７１Ａ）の間隔がランダムに異なっていてもよいし、高さと間隔の両方がランダムであってもよい。
　また、上記第一及び第二の実施の形態において、光学デバイス１及び１Ａに入射する光として太陽光を例示したが、これに限るものではない。例えば、光学デバイス１及び１Ａに入射する光は、照明器具等の発光装置が発する光であってもよい。
　また、上記第一及び第二の実施の形態において、第一凸部５１及び５１Ａの長手方向がＸ軸方向となるように光学デバイス１及び１Ａを窓に配置したが、これに限らない。例えば、第一凸部５１及び５１Ａの長手方向がＺ軸方向となるように光学デバイス１及び１Ａを窓に配置してもよい。
　また、上記第一及び第二の実施の形態では、第一基板１０が入射側（建物の外側）で第二基板２０が光出射側（建物の内側）となるように光学デバイス１及び１Ａを配置する例を説明したが、これに限らない。例えば、第一基板１０が光出射側（建物の内側）で第二基板２０が光入射側（建物の外側）となるように光学デバイス１を配置してもよい。
　また、上記実施の形態において、光学デバイス１及び１Ａを窓に貼り付けたが、光学デバイス１及び１Ａを建物の窓そのものとして用いてもよい。また、光学デバイス１及び１Ａは、建物の窓に設置する場合に限るものではなく、例えば車の窓等に設置してもよい。
　なお、その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
　１、１Ａ　光学デバイス
　１０　第一基板
　２０　第二基板
　３０　第一電極
　４０　第二電極
　５０、５０Ａ　第一凹凸構造
　６０　屈折率可変層（ナノ粒子分散層）
　６０ａ１　第一領域
　６０ａ２　第二領域
　６０ｂ　第三領域
　６１　絶縁性液体
　６２　ナノ粒子
　７０、７０Ａ　第二凹凸構造

Claims (14)

  1. 　光透過性を有する第一基板と、
    　前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
    　前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
    　前記第一電極の前記第二基板側に配置された第一凹凸構造と、
    　前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、
    　前記第二電極の前記第一基板側に配置された第二凹凸構造と、
    　前記第一凹凸構造と前記第二凹凸構造との間に配置され、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率可変層とを備え、
    　前記屈折率可変層は、絶縁性液体と、前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子とを有し、
    　前記ナノ粒子の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い、
    　光学デバイス。
  2. 　前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記屈折率可変層の屈折率は、前記第一凹凸構造の屈折率及び前記第二凹凸構造の屈折率と略同一である、
    　請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 　前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記屈折率可変層の屈折率は、前記第一凹凸構造の屈折率及び前記第二凹凸構造の屈折率とは異なる、
    　請求項１に記載の光学デバイス。
  4. 　前記第一凹凸構造の屈折率と前記第二凹凸構造の屈折率とが異なる、
    　請求項３に記載の光学デバイス。
  5. 　前記ナノ粒子の屈折率は、前記凹凸構造の屈折率よりも高い、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  6. 　入射する光を制御する光学デバイスであって、
    　光透過性を有する第一基板と、
    　前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
    　前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
    　前記第一電極の前記第二基板側に配置された第一凹凸構造と、
    　前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記第二電極の前記第一基板側に配置された第二凹凸構造と、
    　前記第一凹凸構造と前記第二凹凸構造との間に配置され、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子を有するナノ粒子分散層とを備え、
    　前記光学デバイスは、前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記光学デバイスに入射する光の進行方向を制御する、
    　光学デバイス。
  7. 　前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記光学デバイスは、前記第一基板に入射された光を直進させて前記第二基板を透過させる、
    　請求項６に記載の光学デバイス。
  8. 　前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記第一基板に入射する光を配光して前記第二基板を透過させる、
    　請求項６又は７に記載の光学デバイス。
  9. 　前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されていない場合、前記光学デバイスは、前記第一基板に入射する光を配光して前記第二基板を透過させる、
    　請求項６に記載の光学デバイス。
  10. 　前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されている場合、前記光学デバイスは、前記第一基板に入射された光を直進させて前記第二基板を透過させる、
    　請求項６又は９に記載の光学デバイス。
  11. 　光透過性を有する第一基板と、
    　前記第一基板に対向して配置された光透過性を有する第二基板と、
    　前記第一基板の前記第二基板側に配置された第一電極と、
    　前記第一電極の前記第二基板側に配置された第一凹凸構造と、
    　前記第二基板の前記第一基板側に配置された第二電極と、前記第二電極の前記第一基板側に配置された第二凹凸構造と、
    前記第一凹凸構造と前記第二凹凸構造との間に配置され、絶縁性液体及び前記絶縁性液体に分散された帯電するナノ粒子を有するナノ粒子分散層とを備え、
    　前記第一電極と前記第二電極との間に印加される電圧に応じて、前記ナノ粒子分散層における前記ナノ粒子の粒子分布が変化する、
    　光学デバイス。
  12. 　前記第一電極と前記第二電極との間に電圧が印加されている場合、前記ナノ粒子は、前記ナノ粒子分散層内の前記第一凹凸構造側及び第二凹凸構造側のいずれか一方に偏在している、
    　請求項１１に記載の光学デバイス。
  13. 　前記凹凸構造の屈折率は、前記絶縁性液体の屈折率よりも高い、
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の光学デバイス。
  14. 　前記屈折率可変層の幅は、前記第一凹凸構造の高さ及び前記第二凹凸構造の高さの少なくともいずれか一方を超えている
    　請求項１～１３のいずれか１項に記載の光学デバイス。
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